<p>Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению толщины листовых полупрозрач</p></li></ul>
<p>ных материалов оптически методами. Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых толщин посредством ограничения спектра пучка излучения интервалом длин волн, лежащим на границе прозрачности материала. Спектр пучка излучения ограничивают интервалом длин волн, лежащих на границе прозрачности и полос поглощения материала так, чтобы максимум излучения приходился на середину этого материала. Измерения проводят на длинах волн, для которых изменение пропускателыюй способности материала'от толщины максимально. 3 ил.</p>
<p>Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению толщины листовых полупрозрачных материалов оптическими методами.</p>
<p>Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых толщин посредством ограничения спектра пучка излучения интервалом длин волн, лежащим на границе прозрачности материала.</p>
<p>На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - зависимость светопропускания от длины волны света для органического стекла; на фиг.З - зависимость выходного напряжения от толщины образца из органического стекла.</p>
<p>Устройство цля осуществления предлагаемого способа содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные вдоль пучка излучения</p>
<p>2 объектив 2, диафрагму 3, модулятор 4, фотоприемники 5 и 6, схему 7 обработки и вольтметр 8. Образец 9 листового материала помещен между фотоприемником 6 и модулятором 4.</p>
<p>Способ осуществляют следующим образом.</p>
<p>Световой поток от источника 1 излучения формируется объективом 2 в параллельный пучок, пропускается через диафрагму 3 и прерывается модулятором 4. Нижняя эталонная часть пучка попадает в фотоприемник 5,<sup>4 </sup>верхняя рабочая часть пучка поступает на фотоприемник 6 через контролируемый образец 9. Световые потоки преобразуются фотоприемниками 6 в электрические сигналы, усиливающиеся и детектирующиеся в схеме 7 обработки, выходной сигнал из кото— </p>
<p>811..,,1458700 А1</p>
<p>3</p>
<p>1458700</p>
<p>4</p>
<p>рой измеряется цифровым вольтметром 8,</p>
<p>Выходной сигнал линейно зависит от геометрической толщины образца 9 $</p>
<p>контролируемого материала, а числовые показания цифрового вольтметра 8 соответствуют величине измеряемой толщине в мм. Спектральную пропускательную способность плоского слоя ю полупрозрачного материала при отсутствии интерференции между падающей и отраженной плоской электромагнитной волной определяют по формуле</p>
<p>т - (1-К^)<sup>д</sup>ехр (-о^Ь)</p>
<p>Ч (ЫЦРехр (-2^ь) ’ </p>
<p>где спектральная отражательная способность границы слоя;</p>
<p>коэффициент поглощения;20</p>
<p>й - толщина слоя.</p>
<p>Чувствительность пропускательной способности к изменению толщины слоя</p>
<p>равна</p>
<p><sub>т</sub> И-Клехр (-2^Ъ)25</p>
<p>с!Н 1-К^ехр (-2о1^Ь)</p>
<p>Максимальная чувствительность и минимальная погрешность лежат в области полос поглощения, где велико, а » ДТ, где ДТ - регист- 30 рируемое изменение (погрешность) пропускательной способности. Изменение толщины прозрачного материала на определенной длине волны в области по1</p>
<p><sup>%</sup> " V λ.</p>
<p>на границе</p>
<p>прозрачности:</p>
<p>. <sub>=л!</sub></p>
<p>«-А * та* ’</p>
<p><sub>Т</sub></p>
<p>Следовательно</p>
<p>*2.</p>
<p>ат___ι г , <sub>т</sub></p>
<p>аь ~ .] * *</p>
<p>1 ,</p>
<p>& <sup>60</sup> та* )</p>
<p>где π,ο* - максимальное значение οΐ-χ в этом-спектральном диапазоне.</p>
<p>Из фиг.2 видно, что спектральная область максимальной чувствительности измерения (кривая 1) совмещена с областью сильной зависимости пропускательной способности от?| (кривые 2-4) . Интенсивность света, прошедшего плоский слой полупрозрачного материала, равна</p>
<p>I, =1<sub>0</sub>(1-К)<sup>2</sup> е''<sup>хЬ</sup>, </p>
<p>после логарифмирующего усилителя:</p>
<p>Γη I, = 1п 1<sub>0</sub>+2 1п (1-8.)-(/,11 сигнал уменьшается в К раз.</p>
<p>Сигнал со второго логарифмирующего усилителя равен </p>
<p>лосы поглощения для полимерных пленок (как было в прототипе) приводит к ограничению диапазона измеряемых толщин, определяемых условием</p>
<p>И <--т— 1п</p>
<p>* Δ</p>
<p>ΛΤ</p>
<p>(Ϊ-ЦР’ ’</p>
<p>40</p>
<p>йЬ</p>
<p>ат</p>
<p>(1+8.¾)<sup>2</sup></p>
<p>1+к<sup>2</sup>а</p>
<p>Чтобы относительная погрешность ΔΗ/Η</p>
<p>была одинаковой во всем диапазоне</p>
<p>45</p>
<p>измеряемых толщин, образцы с малой толщиной (пленки) необходимо измерять в области полос поглощения, а с большой толщиной - в области прозрачности. Чтобы одновременно выполнить эти условия необходимо про50</p>
<p>водить измерения в некотором спектральном интервале, а именно на границе прозрачности и полос поглощения. Среднюю чувствительность опре55</p>
<p>деляют по формуле</p>
<p>1 <1</p>
<p>βΤ <sub>=</sub> __1_</p>
<p>Л1</p>
<p>λι</p>
<p>с! Та</p>
<p>1η 1<sub>2</sub> = 1п 1<sub>0</sub> - 1п К.</p>
<p>Подбором величин добиваются, чтобы (1п 1<sub>?</sub> - 1п 1,)=6111, что является линейной функцией И, проходящей через начало координат, с тангенсом угла наклона, равным «6 . Тангенс угла наклона равный 1 можно получить путем изменения коэффициента усиления логарифмического усилителя, в этом случае показания цифрового вольтметра 8 будут совпадать со значением толщины стекла в мм.</p>
<p>Пример. В качестве измеряемого материала были взяты образцы из органического стекла марки СО-120, Э2 толщиной от 0,1 до 30 мм. Измерение осуществлялось в интервале длин волн, в котором спектральная зависимость коэффициента пропускания от толщины материала претерпевает наибольшее изменение, для органического стекла спектральной области сильного поглощения образца (границей прозрачности), что видно из</p>
<p>5</p>
<p>1458700</p>
<p>6</p>
<p>фиг.2, является =2,2 мкм, которая должна совпадать со спектральной областью интенсивного излучения зон- <sup>1 </sup>дирующего источника света и областью хорошей чувствительности приемника излучения, поэтому в качестве источника света была выбрана кварцевая галогенная лампа КГ-9М, в качестве фотоприемника, регистрирующего из- ю лучение, был выбран пироэлектрический приемник МГ-30. Зависимость величины выходного сигнала от толщины образца из органического стекла марки СО-120 толщиной от 0,1 до 30 мм 15 приведена на фиг.З, из которого видно, что выходной сигнал линейно зависит от геометрической толщины контролируемого материала, а числовые показания вольтметра соответствуют 20 величине измеряемой толщины в мм.</p><p> The invention relates to a measurement technique, namely to measuring the thickness of a sheet translucent </ p> </ li> </ ul>
<p> materials by optical methods. The purpose of the invention is to increase the range of measured thicknesses by limiting the spectrum of the radiation beam with a wavelength interval lying on the border of the transparency of the material. The spectrum of the radiation beam is limited by the range of wavelengths lying on the border of the transparency and absorption bands of the material so that the radiation maximum falls in the middle of this material. Measurements are carried out at wavelengths for which the change in the transmittance of the material'from the thickness is maximum. 3 il. </ P>
<p> The invention relates to a measurement technique, in particular to measuring the thickness of sheet translucent materials by optical methods. </ p>
<p> The purpose of the invention is to increase the range of measured thicknesses by limiting the spectrum of the radiation beam to an interval of wavelengths that lies on the border of the transparency of the material. </ p>
<p> In FIG. 1 shows a device for implementing the proposed method; figure 2 - the dependence of light transmission on the wavelength of light for organic glass; on fig.Z - the dependence of the output voltage on the thickness of the sample of organic glass. </ p>
<p> The device for implementing the proposed method contains a source of radiation 1 and successively located along the radiation beam. </ p>
<p> 2 lens 2, diaphragm 3, modulator 4, photodetectors 5 and 6, processing circuit 7 and voltmeter 8. Sample 9 of sheet material is placed between photodetector 6 and modulator 4. </ p>
<p> The method is as follows. </ p>
<p> The light flux from the radiation source 1 is formed by the lens 2 into a parallel beam, transmitted through the diaphragm 3 and interrupted by the modulator 4. The lower reference part of the beam enters the photodetector 5, <sup> 4 </ sup> the upper working part of the beam enters the photodetector 6 through a controlled sample 9. Light fluxes are converted by photodetectors 6 into electrical signals amplified and detected in processing circuit 7, the output signal from which is </ p>
<p> 811 .. ,, 1458700 A1 </ p>
<p> 3 </ p>
<p> 1458700 </ p>
<p> 4 </ p>
<p> The swarm is measured with a digital voltmeter 8, </ p>
<p> Output signal linearly depends on the geometric thickness of the sample $ 9 </ p>
<p> of the monitored material, and the numerical readings of the digital voltmeter 8 correspond to the measured thickness in mm. The spectral transmittance of a flat layer of a semitransparent material in the absence of interference between the incident and reflected flat electromagnetic wave is determined by the formula </ p>
<p> t - (1-K ^) <sup> d </ sup> exp (-o ^ b) </ p>
<p> H (CXRec (-2 ^ b) ’</ p>
<p> where is the spectral reflectivity of the layer boundary; </ p>
<p> absorption coefficient; 20 </ p>
<p> d - layer thickness. </ p>
<p> Sensitivity of transmittance to changes in layer thickness </ p>
<p> equals </ p>
<p> <sub> t </ sub> i-Clehr (-2 ^ b) 25 </ p>
<p> c! h 1-k ^ exp (-2o1 ^ b) </ p>
<p> The maximum sensitivity and the minimum error lie in the region of the absorption bands, where it is large, and »DT, where DT is the recorded change (error) of the transmittance. Change in the thickness of a transparent material at a specific wavelength in the region of 1 </ p>
<p> <sup>% </ sup> " V λ. </ P>
<p> at the border </ p>
<p> transparency: </ p>
<p> <sub> = l! </ sub> </ p>
<p> "- A * ta *’ </ p>
<p> <sub> T </ sub> </ p>
<p> Therefore </ p>
<p> * 2. </ p>
<p> at___ ι g, <sub> t </ sub> </ p>
<p> ai ~.] * * </ p>
<p> 1, </ p>
<p> & <sup> 60 </ sup> ta *) </ p>
<p> where π, ο * is the maximum value of οΐ-χ in this spectral range. </ p>
<p> From figure 2 it can be seen that the spectral region of the maximum sensitivity of the measurement (curve 1) is combined with the region of a strong dependence of the transmittance on? | (curves 2-4). The intensity of light transmitted through a flat layer of translucent material is </ p>
<p> i, = 1 <sub> 0 </ sub> (1-k) <sup> 2 </ sup> e '' <sup> xb </ sup>, </ p>
<p> after a log amplifier: </ p>
<p> Γη I, = 1n 1 <sub> 0 </ sub> +2 1n (1-8.) - (/, 11 signal decreases K-fold. </ p>
<p> The signal from the second logarithmic amplifier is </ p>
<p> absorption bands for polymer films (as was the case in the prototype) leads to limiting the range of measured thicknesses, determined by the condition </ p>
<p> And < - t - 1n </ p>
<p> * Δ </ p>
<p> ΛΤ </ p>
<p> (Ϊ-ЦР ’’ </ p>
<p> 40 </ p>
<p> yb </ p>
<p> am </ p>
<p> (1 + 8.¾) <sup> 2 </ sup> </ p>
<p> 1 + k <sup> 2 </ sup> a </ p>
<p> To the relative error ΔΗ / Η </ p>
<p> was the same across the range </ p>
<p> 45 </ p>
<p> measured thicknesses, samples with a small thickness (film) must be measured in the region of the absorption bands, and with a large thickness in the region of transparency. To simultaneously meet these conditions, you need to pro50 </ p>
<p> To take measurements in a certain spectral range, namely, on the border of transparency and absorption bands. The average sensitivity is determined by </ p>
<p> divided by the formula </ p>
<p> 1 < 1 </ p>
<p> βΤ <sub> = </ sub> __1 _ </ p>
<p> L1 </ p>
<p> λι </ p>
<p> with! Ta </ p>
<p> 1η 1 <sub> 2 </ sub> = 1n 1 <sub> 0 </ sub> - 1n K. </ p>
<p> The selection of values ensures that (1n 1 <sub>? </ sub> - 1n 1,) = 6111, which is a linear function AND passing through the origin, with a slope tangent equal to "6. The slope of 1 can be obtained by changing the gain of the logarithmic amplifier; in this case, the digital voltmeter 8 readings will match the glass thickness in mm. </ P>
<p> Example. The measured material was taken from samples of organic glass brand CO-120, E2 with a thickness of from 0.1 to 30 mm. The measurement was carried out in the range of wavelengths in which the spectral dependence of the transmittance on the thickness of the material undergoes the greatest change for the organic glass of the spectral region of strong absorption of the sample (transparency limit), as can be seen from </ p>
<p> 5 </ p>
<p> 1458700 </ p>
<p> 6 </ p>
<p> figure 2, is = 2.2 μm, which should coincide with the spectral region of intense radiation of the zones, <sup> 1 </ sup> of the diffusing light source and the region of good sensitivity of the radiation receiver, therefore quartz was chosen as the light source halogen lamp KG-9M, as a photodetector, recording radiation, was selected pyroelectric receiver MG-30. The dependence of the output signal on the thickness of the sample of organic glass brand CO-120 with a thickness of 0.1 to 30 mm 15 is shown in FIG. 3, from which it is clear that the output signal linearly depends on the geometric thickness of the material being monitored, and the numerical readings of the voltmeter correspond to 20 measured thickness in mm. </ p>