SU714171A1 - Полевой спектрометр - Google Patents

Description

Изобретение относится к области спектрометрик и предназначено Для измерения спектрального коэффициента яркости природных образований и других исследуемых объектов в полевых условиях.

Известен спектрометр, содержащий оптическую систему, закрепленный в корпусе вращающийся диск с набором светофильтров, расположенных по окружности диска, приемник Излучения и систему коммуникации (1J.

*

Однако, это устройство измеряет не спектральный коэффициент яркости (СКЯ), а спектр излучения, отраженного от исследуемого объекта. Для определения СКЯ с помощью этого устройства необходимо измерить также спектр излучения, отраженного от эталонного диффузно-рассеивающего экрана и затем провести математическую обработку результатов измерения. .

Измерение спектров объекта и эталона разделены в этом случае значительным промежутком времени, что не позволяет гарантироватьодинаковость условий освещения при обоих измерениях и приводит к погрешностям определения СКЯ.

Высокая погрешность определения СКЯ (5—10%) обусловлена также тем, что существующие диффузно-рассеивающие покрытия имеют значительные отклонения от закона Ламберта, что приводит к тому, что их яркость при различных углах падения излучения (освещения) не соответствует яркости идеальной поверхности.

Известен также полевой спектрометр, содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модулятор, диск со светофильтрами, эталонный образец и приемник излучения. ““

Эталонный образец представляет собой встроен- -<«· ный алюминиевый диффузно-отражающин экран. Излучение, отраженное от экрана может быть направлено с помощью зеркала в основную оптическую схему [2].

Недостатком прибора является его недостаточно широкие функциональные возможности и сложность конструкции. Этот прибор не мо- / жег непосредственно измерить спектральный коэффициент яркости, так как измеряет раз- g >-ES

.... . _ ..

дельно спектры падающего и отраженного излучения, которые затем должны подвергаться математической обработке. Алюминиевый экран не является идеальным ламбертовским рассеивателем и вносит погрешность в результат 5 определения СКЯ.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей’и упрощение устройства, а именно, повышение точности , ^определения СКЯ, обеспечение возможности 10 непосредственно измерения СКЯ без дополнительной обработки результатов измерений.

Для этого эталонный образец выполнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверстие которой расположено перед коммутатором-мо- is дулятором, а плоскость входного отверстия ориентирована под требуемым углом к падающему световому потоку. ' возможна реализация устройства, в которой входная оптическая система состоит из интег- ₂о рирующей сферы по входному отверстию котоjrofi присоединен фокон, а выходное отверстие сферы является выходной апертурой оптической системы.

Нафиг. 1 приведены один из вариантов ре- 25 ализации спектрометра; на фиг. 2 - приведен пример реализации спектрометра с входной оптической системой, выполненной в виде интегрирующей сферы.

Устройство содержит входную оптическую 30 систему 1, коммутатор-модулятор 2, приводимый в движение мотором 3, интегрирующую сферу 4 со входным 5 и выходным 6 отверстиями, диск со светофильтрами 7, приводимый в движение шаговым двигателем 8, приемник 9 излучения и блок 10 измерения.

Второй вариант реализации отличается тем, что входная оптическая система представляет собой интегрирующую сферу 11 сочлененную с фоконом 12. Фокой пропускает в сферу 11 40 только отраженный поток иед5^нйя,‘ зёклйэЧенный в угле, который определяется параметрами фокона. Падающий поток через “входное отверстие 5 попадает в сферу 4. Потоки излуЧеЩйя, вьяиёдшие из сфер 4 и И, через комму-45 татор-модулятор 2 попадают на приемник 9 излучения. Коммутатор-модулятор представляет собой диск с отверстиями.

Устройство работает следующим образом.

Излучение, отраженное от исследуемого объекта, через входную оптическую' систему попадает на диск коммутатора-модулятора 2. Падающее излучение попадает во входносотверстие 5 интегрирующей сферы 4, которое располагается выше остальных частей устрой- 55 ства с целью исключения затенения. Ось входного отверстия 5 должна совп'адатК’ХГ'ТгЗрйа-* лью к исследуемой поверхности. Излучение, .попавшее в сферу 4 с различных участков ’неба,’ суммируется в ней и поток излучения, выходящий из сферы 4, в точности пропорционален падающему потоку независимо от · угла падения. Поток излучения, прошедший . через сферу 4, также попадает на коммутатормодулятор 2. При вращении коммутатор-модулятор 2 порчередно пропускает на приемник 9 излучения, перед которым расположен один светофильтр, падающее и отраженное излучения. На выходе приемника 9 излучения образуется последовательность импульсов, пропорциональных падающему и отраженному потокам излучения. В блоке измерения определяется и регистрируется отношение амплитуд этих импульсов, пропорциональное коэффициенту яркости исследуемого объекта в полосе пропускания фильтра. После окончания измерения диск со светофильтрами 7 перемещается и производится измерение коэффициента яркости в полосе пропускания другого фильтра. Таким образом производится сканирование по спектру. Разрешающая способнЬстъ устройства определяется только шириной полосы пропускания фильтров, а количество измеряемых, точек спектра-количеством светофильтров. В спектрометре могут быть предусмотрены сменные диски с фильтрами.

Устройство работает аналогично первому. В такой конструкции легко может быть изменен угол зрения спектрометра путем смены фокона, кроме того, из-за отсутствия линзовой оптики расширяется спектральный диапазон измерений.

Таким образом, предлагаемая оптическая схема спектрометра обеспечивает непосредственное измерение СКЯ исследуемого объекта и повышение точности определения СКЯ за счет уменьшения временного интервала между измерениями падающего и отраженного от исследуемого объекта излучений.

Предлагаемый полевой спектрометр при своей высокой точности имеет простую конструкцию, а из-за отсутствия линзовой оптики во входной оптической системе стоимость его низка, а спектральный диапазон измерений ограничивается только примененным приемником излучения.

Интегрирующие сферы и фокон изготавливаются методом штамповки.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области спектрометрии и предназначено дл  измерени  спектрального коэффициента  ркости прироДньи образований и других исследуемых объектов в полевых услови х. Известен спектрометр, содержащий оптическую систему, закрепленный в корпусе вращающийс  диск с набором светофильтров, расположенных по окружности диска, приемник излучени  и систему коммуникации {1. Однако, это устройство измер ет не спектральный коэффициент  ркости (СКЯ), а спект излучени , отраженного от исследуемого объекта . Дл  определени  СКЯ с помощью этого устройства необходимо измерить также спектр излучени , отраженного от эталонного диффузно-рассеивающего экрана и затем провести математическую обработку результатов измерени .. Измерение спектров объекта и эталона разделены в этом случае значительным промежутком времени, что не позвол ет гарантироватьодинаковость условий освещени  при обоих Измерени х и приводит к погрещност м определени  СКЯ. Высока  погрешность определени  СКЯ (5-10%) обусловлена также тем, что существующие диффузно-рассеивающие покрыти  имеют значительные отклонени  от закона Ламберта , что приводат к тому, что их  ркость при различных углах падени  излучени  (освещени ) не соответствует  ркости идеальной поверхности . Известен также полевой спектрометр, содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модул тор , диск со светофильтрами, эталонный образец и приемник излучени . Эталонный образец представл ет собой встроенный алюминиевый диффузно-отражающий экран . Излучение, отраженное от экрана может быть направлено с пЬмощью зеркала в основную оптическую схему 2. Недостатком прибора  вл етс  ето недостаточно широкие функциональные возможности и сложность конструкции. Этот прибор не может непосредственно измерить спектральга 1й коэффициент  ркости, так как измер ет раздельно спектры падающего и отраженного излучени , которые затем должны подвергатьс  математической обработке. Алюминиевый экра не Я вл 1гтсй йдеальнь1м ламбертовским рассеивателем и вносит погрешность в результат определени  СКЯ. Цель предлагаемого изобретени  - расшире ние функциональных возможностейи упрощение устройсгва, а именно, повышение точности определени  СКЯ, обеспечение возможности непосредственно измерёвд  СКЯ без дополни|тельной обработки результатов измерений. Дл  этого эталонный образец вьШЙЛнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверсти которой распблбжейь йёред коммутатором-модул тором , а плоскость входного отверсти  ориентирована под требуем гм углом к падающему световому потоку. возможна реализаци  устройства, в которой входна  оптическа  система состоит из интегрирующей сферы по входному отверстию кото |Ьой присоединен фокон, а выходное отверстие сферы  вл етс  выходной апертурой оптическо системы. На фиг. 1 приведет один из в;ариа:н ов ре ализации спектрометра; на фиг. 2 - приведен пример реализации спектрометра с входной оп тической системой, выполненной в виде интегрирующей сферы. Устройство содержит входную оптическую систему , коммутатор-модул тор 2, приводимый в даижение мотором 3, интегрирующую сферу 4 со входньгм 5 и вых6днь1м btiep сти ми, диск со светофильтрами 7, приводимы в движение щаговым двигателем 8, приемник излучени  и блок 10 измерени . Второй вариант реализации отличаетс  тем, что йходаа  оптическа  система преДстмл ет собой интегрирующую сферу 11 сочлененнуто с фоконом 12. Фокон пропускает в сферу И только отраженный поток излучени , ЗЖлВДен нь1Й в угле, который определ етс  параметрами фокона. Падающий поток через входное отверстие 5 попадает в сферу 4. Потоки излу ЧеШ , вь иедшие из сфер 4 и П, через комму татор-модул тор 2 попадают на приемник 9 излучени . Коммутатор-модул тор представл  ет собой диск с отверсти ми. Устройство работает следующим образом. Излучение, отраженное от исследуемого объек та, через вхоДную оптическую систему попадает на диск коммутатора-модул тора 2. Падающее излучение гГбпаДаёт во вх6да&amp;ё10т- верстие 5 интегрирующей сферы 4, которое рас трлагаетс  выще Ьстальных частей устройства с целью исключени  затенени . Осе входного отверсти  5 дойЖНа совпаДатбТГШрйа- лью к исследуемой поверхности. Излучение, лбпавщее в сферу 4 с различтгх участков неба; суммируетс  в ней и поток излучени , выход щий из сферы 4, в точности пропорционален падающему потоку независимо от угла падеки . Поток излучени , прошедший через сферу 4, также попадает на коммутатормодул тор 2. При вращении коммутатор-модул тор 2 порчередно пропускает на йрнемник 9 излучени , перед которым расположен один светофильтр, падающее и отраженное излучени . На выходе приемника 9 излучени  образуетс  последовательнрсть импульсов, пропорциональных падающему и отраженному потокам излучени . В блоке измерени  определ етс  и регистрируетс  отношение амплитуд этих импульсов, пропордаональное коэффициенту  ркости исследуемрго объекта в полосе пропускани  фильтра. После окончани  измерени  диск со светофильтрами 7 перемепйетс  и производитс  измерение коэффициента  ркости в полосе пропускани  другого фильтра. Таким образом производитс  CKaifflpofiamie по спектру. Разрешающа  свособнЪсть устройства определ етс  только шириной полосы пропускани  фильтров, а количество измер емых точек спектра-количествоКл светофильтров. В спектрометре Mprjrr быть предусмотрены сменные диски с фильтрами. Устройство работает аналогично первому. В такой конструкри легкр может быть изменен угол зрени  спектрометра путем смены фокона, кроме того, из-за отсутстви  линзовой рптик:и расшир етс  шектральный диапазон измерений . Таким образом, предлагаема  оптическа  схема спектрометра рбеспечивает непосредственное измерение СКЯ исследуемого объекта и повышение точности определени  СКЯ за счет уменьшени  временного интервала между измерени ми падающего и отраженного от исследуемого объекта излучений.. Предлагаемый полевой спектрометр при своей высокой точности имеет простую конструкцию , а из-за отсутстви  линзовой оптики во входной оптнческсЙ системе стоимость его низка, а спектральный диапазон измерений ограничиваетс  только примененным приемником излучени . Интегрирующие сферы и фокон изготавливаютс  методом штамповки. Формулаизобретени  . . . .- . . - J ,. ч ч- . .. 1. Полевой спектрометр , содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модул т6р , диск со светофильтрами, этальнный образец и приемник излучени  , Ьтличающийс   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей к упрощени , эталонный образец выполнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверстие которой расположено перед коммутатором-модул тором, а плоскость входного отверсти  ориентирована параллельно плоскости образца.
2. 2. Спектрометр поп.1,отличающийс   тем, что входна  оптическа  система со-, стоит из интетрнруюшёй сферы, ко входному отверстию которой присоединен фокон, а выходное отверстие сферы  вл етс  выходной апертурой оптической системы.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе,

   1.Авторское свидетельство СССР W 1478iq, кл. G 01 J 3/34, 1961.

   2. Приборы дл  научных исследований, № 5, 1973, с. 81-85.

   Фие.г