RU2437078C2 - Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials - Google Patents
Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2437078C2 RU2437078C2 RU2009142897/28A RU2009142897A RU2437078C2 RU 2437078 C2 RU2437078 C2 RU 2437078C2 RU 2009142897/28 A RU2009142897/28 A RU 2009142897/28A RU 2009142897 A RU2009142897 A RU 2009142897A RU 2437078 C2 RU2437078 C2 RU 2437078C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- plane
- scattered
- fibers
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам контроля углового распределения волокон в плоских волокнистых материалах и связанных с этим распределением технологических параметров и может быть использовано при решении вопросов повышения качества таких материалов.The invention relates to methods for controlling the angular distribution of fibers in flat fibrous materials and the distribution of technological parameters associated with this and can be used to solve problems of improving the quality of such materials.
Известен способ (а.с. №1383168 (СССР), G 01 N 21/59. Оптический способ контроля прочности листовых волокнистых светопропускающих материалов в процессе их производства / Шляхтенко П.Г., Суриков О.М., Ветрова Ю.Н., Горбунов Л.С., Лиске Т.Н., опубл. 23.03.88, Бюл. №11).The known method (AS No. 1383168 (USSR), G 01 N 21/59. Optical method for controlling the strength of sheet fibrous light-transmitting materials in the process of their production / Shlyakhtenko PG, Surikov OM, Vetrova Yu.N. , Gorbunov L.S., Liske T.N., publ. 23.03.88, Bull. No. 11).
Способ пригоден для контроля анизотропии прочности листовых волокнистых светопропускающих материалов, связанной с анизотропией углового распределения волокон в материале, и заключается в том, что исследуемый материал освещают параллельным пучком нормально к его поверхности и измеряют световые потоки, рассеянные материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку. При этом один из световых потоков (ФII) измеряют в плоскости, проходящей через направление протяжки материала. Для учета зависимости измеряемых световых потоков от толщины контролируемого сигнала в этом способе дополнительно измеряют также световой поток, прошедший сквозь исследуемый материал Фпр. О степени анизотропии прочности материала судят по коэффициентуThe method is suitable for controlling the anisotropy of the strength of sheet fibrous light-transmitting materials associated with the anisotropy of the angular distribution of fibers in the material, and that the test material is illuminated normally with a parallel beam to its surface and light fluxes scattered by the material in the opposite direction in two identical solid angles are measured oriented in mutually perpendicular planes at equal angles to the incident beam. In this case, one of the light fluxes (f II ) is measured in a plane passing through the direction of drawing of the material. In order to take into account the dependence of the measured light fluxes on the thickness of the controlled signal in this method, the light flux passing through the test material Ф пр The degree of anisotropy of the strength of the material is judged by the coefficient
, ,
где γ - экспериментальная функция измеренной величины потока Фпр.where γ is the experimental function of the measured flux Φ ave .
К недостатку способа можно отнести невозможность его использования для не пропускающих свет материалов.The disadvantage of this method is the impossibility of its use for not transmitting light materials.
Наиболее близким к предлагаемому является способ (патент РФ №1723503, МКИ5 G01N 21/55. Способ контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов и устройство для его осуществления /П.Г.Шляхтенко, О.М.Суриков, С.К.Калличаран, опубл. 30.03.92, Бюл. №12), для контроля анизотропии ориентации волокон, например, в бумаге и полуфабрикатов прядильного производства, заключающийся в том, что исследуемый материал освещают плоскополяризованным параллельным пучком нормально к его поверхности так, что плоскость колебаний светового вектора Е в световом пучке совпадает с направлением протяжки материала и измеряют световые потоки ФII и , рассеянные материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, один из которых (ФII) располагают в плоскости, совпадающей с направлением протяжки материала. Об анизотропии углового распределения волокон в материале судят по коэффициенту оптической анизотропии, вычисляемому по формулеClosest to the proposed one is the method (RF patent No. 1723503, MKI 5 G01N 21/55. A method for controlling optical anisotropy of light scattering of flat fibrous materials and a device for its implementation / P. G. Shlyakhtenko, O. M. Surikov, S. K. Kallicharan , publ. 30.03.92, Bull. No. 12), to control the anisotropy of the orientation of the fibers, for example, in paper and semi-finished products of spinning production, namely, that the test material is illuminated with a plane-polarized parallel beam normal to its surface so that the plane of oscillation of the light vector ra E in the light beam coincides with the direction of broaching the material and measure the light flux f II and scattered by the material in the opposite direction in two identical solid angles oriented in mutually perpendicular planes at equal angles to the incident beam, one of which (Ф II ) is placed in the plane coinciding with the direction of the material broaching. The anisotropy of the angular distribution of fibers in the material is judged by the coefficient of optical anisotropy, calculated by the formula
. .
Способ позволяет контролировать угловое распределение волокон в не пропускающих свет материалах, но имеет недостатки, к которым можно отнести то обстоятельство, что одинаковые волокна, ориентированные в направлении протяжки, и в перпендикулярном направлении находятся в различных по отношению к направлению падения светового вектора Е (напряженность электрического поля в плоскополяризованной световой волне) условиях, а поэтому дают различный вклад в светорассеяние, контролируемое фотоприемниками. Это приводит к тому, что контролируемая величина коэффициента оптической изотропии χ, равного отношению измеренных световых потоков ФII/ получается всегда меньше единицы, а рассчитываемый коэффициент оптической анизотропии η=(1-χ)>0, даже в случае изотропного материала.The method allows you to control the angular distribution of fibers in non-light-transmitting materials, but has drawbacks, which include the fact that the same fibers oriented in the direction of the broach and in the perpendicular direction are different with respect to the direction of incidence of the light vector E (electric fields in a plane-polarized light wave), and therefore give a different contribution to the light scattering controlled by photodetectors. This leads to the fact that the controlled value of the coefficient of optical isotropy χ equal to the ratio of the measured light flux Ф II / it always turns out to be less than unity, and the calculated coefficient of optical anisotropy η = (1-χ)> 0, even in the case of an isotropic material.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение точности измерений по предлагаемому способу за счет устранения перечисленных недостатков прототипа.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measurements by the proposed method by eliminating the listed disadvantages of the prototype.
Поставленная задача достигается тем, что исследуемый материал освещают плоскополяризованным параллельным пучком нормально к его поверхности так, что плоскость колебаний светового вектора Е в световом пучке совпадает с направлением протяжки материала, и измеряют световые потоки ФII и , рассеянные материалом в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, один из которых (ФII) располагают в плоскости, совпадающей с направлением протяжки материала, отличающийся тем, что плоскость поляризации светового пучка вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω, а коэффициент анизотропии углового распределения волокон в материале рассчитывают по формулеThe problem is achieved in that the material under investigation is illuminated with a plane-polarized parallel beam normally to its surface so that the plane of oscillations of the light vector E in the light beam coincides with the direction of the material broaching, and the light fluxes Φ II are measured and scattered by the material in the opposite direction in two identical solid angles oriented in mutually perpendicular planes at equal angles to the incident beam, one of which (Ф II ) is placed in a plane coinciding with the direction of the material broaching, characterized in that the plane of polarization of the light beam is rotated around the axis of the light beam with a frequency ω, and the anisotropy coefficient of the angular distribution of fibers in the material is calculated by the formula
где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока ФII, рассеянного в первом телесном угле;Where - the amplitude of the variable component of the light flux Ф II , scattered in the first solid angle, varying with a frequency of 2ω;
- амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока рассеянного во втором телесном угле. - the amplitude of the variable component of the light flux changing with the same frequency scattered in the second solid angle.
Существенными отличиями заявляемого решения являются:Significant differences of the proposed solutions are:
1. Плоскость поляризации светового пучка вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω.1. The plane of polarization of the light beam is rotated around the axis of the light beam with a frequency ω.
В прототипе исследуемый материал освещают плоскополяризованным светом так, что плоскость колебаний светового вектора Е в световом пучке совпадает с направлением протяжки материала.In the prototype, the test material is illuminated with plane-polarized light so that the plane of oscillation of the light vector E in the light beam coincides with the direction of drawing of the material.
2. Коэффициент анизотропии углового распределения волокон в материале рассчитывают по формуле2. The anisotropy coefficient of the angular distribution of fibers in the material is calculated by the formula
где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока ФII, рассеянного в первом телесном угле;Where - the amplitude of the variable component of the light flux Ф II , scattered in the first solid angle, varying with a frequency of 2ω;
- амплитуда меняющейся с той же частотой составляющей светового потока , рассеянного во втором телесном угле. В прототипе коэффициент оптической анизотропии вычисляют по формуле - the amplitude of the component of the light flux changing with the same frequency scattered in the second solid angle. In the prototype, the optical anisotropy coefficient is calculated by the formula
где и постоянные рассеянные исследуемым материалом световые потоки, измеренные в тех же телесных углах при освещении плоскополяризованным светом с фиксированной плоскостью поляризации. На фиг.1 представлена схема, поясняющая предлагаемый способ. Неполяризованный свет параллельным пучком проходит через поляризатор 1, вращающийся с постоянной угловой скоростью ω от двигателя 2, и плоскополяризованным светом, в котором плоскость поляризации вращается с угловой скоростью ω, освещает исследуемый материал 3, перпендикулярно его поверхности. Световые потоки Ф1 и Ф2, рассеянные материалом в одинаковых телесных углах ΔΩ1 и ΔΩ2 (ΔΩ1=ΔΩ2=ΔΩ), ориентированных под одним углом к направлению падения света а во взаимно-перпендикулярных плоскостях, поступают на линейные фотоприемники 4 и 5, которые измеряют амплитуду переменных с частотой 2ω составляющих световых потоков Ф1 и Ф2 (соответственно потоков и ).Where and the constant light fluxes scattered by the material under study, measured in the same solid angles when illuminated by plane-polarized light with a fixed plane of polarization. Figure 1 presents a diagram explaining the proposed method. Unpolarized light in a parallel beam passes through the polarizer 1, rotating at a constant angular velocity ω from the
Отличие предлагаемого способа от прототипа обусловлено необходимостью отделения части светового потока, идущего при однократном отражении света от поверхности волокон, находящихся непосредственно у освещенной поверхности исследуемого материала, от светового потока, поступающего на фотоприемник от освещаемого объема исследуемого волокносодержащего материала (ВСМ).The difference between the proposed method and the prototype is due to the need to separate part of the light flux that occurs when the light is reflected once from the surface of the fibers located directly at the illuminated surface of the test material from the light flux entering the photodetector from the illuminated volume of the fiber-containing material under study (HSR).
Первая компонента светового потока представляет собой свет, всегда частично плоско-поляризованный таким образом, что в нем содержится преимущественно компонента вектора Е, колеблющаяся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения света, проходящей через образующую цилиндрического волокна, и поэтому несет информацию об ориентации этого волокна в ВСМ.The first component of the luminous flux is light that is always partially plane-polarized in such a way that it contains mainly the component of the vector E, which oscillates in a plane perpendicular to the plane of incidence of light passing through the generatrix of the cylindrical fiber, and therefore carries information about the orientation of this fiber in the HSR .
Вторая компонента светового потока обусловлена светом, приходящим на фотоприемник после многочисленных переотражений от случайно ориентированных волокон в толще материала. Эта диффузная компонента не поляризована.The second component of the luminous flux is due to the light arriving at the photodetector after numerous reflections from randomly oriented fibers in the thickness of the material. This diffuse component is not polarized.
Интенсивность первой компоненты пропорциональна числу одинаково ориентированных волокон в освещаемой приповерхностной области, от которых свет в фотоприемник приходит после первого отражения.The intensity of the first component is proportional to the number of identically oriented fibers in the illuminated surface region, from which the light comes into the photodetector after the first reflection.
Интенсивность неполяризованной диффузной части светового потока зависит от толщины освещаемого объема материала и его оптических свойств и, складываясь с первой информативной компонентой, как это происходит в прототипе, может только снижать чувствительность метода. Особенно в случае достаточно толстых ВСМ и хорошо пропускающих свет волокон.The intensity of the non-polarized diffuse part of the light flux depends on the thickness of the illuminated volume of the material and its optical properties and, folding with the first informative component, as occurs in the prototype, can only reduce the sensitivity of the method. Especially in the case of sufficiently thick high-speed fibers and light-transmitting fibers.
В случае измерения амплитуды только переменной составляющей светового потока в заявляемом способе, из общего светового потока, поступающего на фотоприемник, выделяется только переменная с частотой 2ω плоско-поляризованная его компонента , интенсивность которой определяется известным законом Малюса (~Cos2 ωt).In the case of measuring the amplitude of only the variable component of the light flux in the claimed method, from the total light flux arriving at the photodetector, only a variable with a frequency of 2ω is plane-polarized component , the intensity of which is determined by the well-known Malus law (~ Cos 2 ωt).
Работоспособность предлагаемого способа была проверена на установке, блок-схема которой изображена на фиг.2.The performance of the proposed method was tested on the installation, a block diagram of which is shown in figure 2.
Свет от источника 6 (светодиод, испускающий неполяризованный свет в видимой области спектра) через телескопический объектив 7 и поляризатор 1 (поляроидная пленка), приводимый во вращение двигателем 2, параллельным пучком падает на поверхность исследуемого материала 3. В качестве фотоприемника используется фотоэлектрический умножитель (ФЭУ) 4, который питается от стабилизированного выпрямителя 8 и регистрирует свет, рассеянный материалом под углом α к оптической оси в постоянном телесном угле. Переменная составляющая напряжения с ФЭУ измеряется универсальным цифровым вольтметром 9 (В 7-16 А). Исследуемый материал 3 закрепляется в специальном держателе между двумя плоскопараллельными стеклами, который может поворачиваться вокруг оптической оси и устанавливаться на любое значение φ в диапазоне 0-2π с точностью ±1°.Light from a source 6 (an LED emitting unpolarized light in the visible spectral region) through a telescopic lens 7 and a polarizer 1 (polaroid film), driven by a
Сравнительные измерения по способу прототипа производились на той же установке (фиг.2), при отсутствии внешних засветок и неподвижном поляризаторе 1, установленном в соответствии с этим методом таким образом, что его оптическая ось находилась в плоскости, проведенной через направление падающего светового пучка и ось симметрии фотоприемника 4. При этом переключатель вида измерений вольтметра 9 устанавливался в положение, когда измерялось постоянное напряжение с выходного сопротивления ФЭУ U(φ), где значение угла φ=0 соответствовало положению образца исследуемого материала, когда машинное направление (направление вектора V) находилось в плоскости фотоприемника.Comparative measurements by the method of the prototype were carried out on the same installation (figure 2), in the absence of external illumination and a stationary polarizer 1, installed in accordance with this method in such a way that its optical axis was in the plane drawn through the direction of the incident light beam and the axis the symmetry of the
На фиг.3 приведены сравнительные угловые диаграммы светорассеяния, нормированные по максимальному значению измеренного сигнала. Кривые сняты на устройстве (фиг.2) в полярных координатах на одном образце конденсаторной бумаги МКОН 1-10 в зависимости от значения угла φ, измеряемого между осью z и "машинным направлением" 00 на фиг.2 (направление протяжки бумаги при ее изготовлении).Figure 3 shows comparative angular light scattering diagrams normalized to the maximum value of the measured signal. The curves were recorded on the device (Fig. 2) in polar coordinates on one sample of MKON 1-10 condenser paper, depending on the value of the angle φ measured between the z axis and the “machine direction” 00 in FIG. 2 (paper drawing direction during its manufacture) .
Из данных фиг.3 видно, что эти кривые количественно сильно отличаются, что хорошо объясняется в рамках сделанного выше рассмотрения.From the data of Fig. 3 it can be seen that these curves are quantitatively very different, which is well explained in the framework of the above discussion.
Заявляемый метод действительно отделяет плоско-поляризованную, переменную компоненту светового потока, которая несет информацию о контролируемом угловом распределении волокон в материале, от диффузной неполяризованной (неинформативной) компоненты излучения, поступающей в фотоприемник от освещаемого объема в толще материала.The inventive method really separates the plane-polarized, variable component of the light flux, which carries information about the controlled angular distribution of fibers in the material, from the diffuse non-polarized (non-informative) component of the radiation entering the photodetector from the illuminated volume in the bulk of the material.
Значение для коэффициента оптической анизотропии для конденсаторной бумаги, рассчитанное по заявляемой формулеThe value for the coefficient of optical anisotropy for capacitor paper, calculated by the claimed formula
. .
Значение для этого коэффициента, рассчитанное по формуле прототипа, составляет (по данным фиг.3) .The value for this coefficient, calculated by the formula of the prototype, is (according to figure 3) .
Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что заявляемый оптический метод по заявляемой формуле более точно описывает действительную функцию углового распределения волокон в исследованном волокносодержащем материале по сравнению с прототипом.The experimental data indicate that the inventive optical method according to the claimed formula more accurately describes the actual function of the angular distribution of fibers in the investigated fiber-containing material in comparison with the prototype.
Claims (1)
,
- амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока Ф1, рассеянного в первом телесном угле, - амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока Ф2, рассеянного во втором телесном угле. A method for controlling the optical anisotropy of light scattering of flat fibrous materials, namely, that the test material is illuminated with a plane-polarized beam normally to its surface and light fluxes Ф 1 and Ф 2 are measured, scattered by the material in the opposite direction in two identical solid angles oriented in mutually perpendicular planes under equal angles to the incident beam, one (F 1) in a plane coinciding with the direction of pulling the material, characterized in that the plane of polarization ation of the light beam is rotated around the axis of the light beam with frequency ω, and the anisotropy coefficient of the angular distribution of the fibers in the material is calculated by the formula
,
- the amplitude of the variable component of the light flux Ф 1 scattered in the first solid angle, varying with a frequency of 2ω, - the amplitude of the variable component of the light flux Φ 2 , varying with the same frequency, scattered in the second solid angle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142897/28A RU2437078C2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142897/28A RU2437078C2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009142897A RU2009142897A (en) | 2011-05-27 |
RU2437078C2 true RU2437078C2 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=44734472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009142897/28A RU2437078C2 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2437078C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494373C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-27 | Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) | Method of determining optical parameters of crystalline substance |
-
2009
- 2009-11-19 RU RU2009142897/28A patent/RU2437078C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494373C1 (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-27 | Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) | Method of determining optical parameters of crystalline substance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009142897A (en) | 2011-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI331672B (en) | Focused-beam ellipsometer | |
US3594085A (en) | Ellipsometric method and device | |
US4309110A (en) | Method and apparatus for measuring the quantities which characterize the optical properties of substances | |
WO2018043438A1 (en) | Optical measurement device, optical measurement method, and stress inspection method | |
JP5140451B2 (en) | Birefringence measuring method, apparatus and program | |
JP2011038949A (en) | Primary and secondary light susceptibility anisotropic simultaneous measuring method in light secondary nonlinear thin film, device for executing the method, and program for allowing computer to execute the method | |
JPH0478137B2 (en) | ||
CN109115690A (en) | Real-time polarization sensitive terahertz time-domain ellipsometer and optical constant measuring method | |
CN108548658A (en) | A kind of method of monofilm optical element stress and optical loss measurement simultaneously | |
CN109297934A (en) | A kind of device and method measuring Fano resonance sensor detectable limit | |
JPH11173946A (en) | Optical characteristic measuring apparatus | |
RU2437078C2 (en) | Method of controlling optical light scattering anisotropy of flat fibrous materials | |
US2032128A (en) | Means for the measuring of gloss | |
CN208847653U (en) | Real-time polarization sensitive terahertz time-domain ellipsometer | |
US3146294A (en) | Interference microscope optical systems | |
KR101008376B1 (en) | Multichannel spectroscopic ellipsometer | |
CN110554003B (en) | Device and method for measuring uniaxial crystal mineral birefringence | |
JP2003516533A (en) | Polarization analyzer and polarization analysis method | |
CN108801604A (en) | It is a kind of play optical modulator phase prolong amplitude calibration with closed-loop control device and method | |
JPS6231289B2 (en) | ||
KR20080061196A (en) | Measuring apparatus and method for rubbing angle of liquid crystal alignment film | |
JP2004138618A (en) | Instrument for measuring residual stress of optical fiber | |
RU2463579C1 (en) | Optical method of controlling thread twisting | |
RU2308021C1 (en) | Device for measurement of optical activity and double refraction induced by magnetic or electric fields in light petroleum products | |
SU1383168A1 (en) | Optical method of checking strength of sheet fibre transparent materials and process of making same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131120 |