SU845018A1 - Измеритель распределени энергииВ лучиСТыХ пОТОКАХ - Google Patents

Description

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ЛУЧИСТЫХ ПОТОКАХ

Изобретение относитс  к оптическим измерительным приборам и предназначено дл  определени  параметров пр мых и отраженных потоков. Известен прибор дл  измерени  коэффициентов диффузного отражени , например, методом интегрирующей сферы, который состоит из источника лучистой энергии, коллимирующей системы, образца, окружающей его полусферы с диффузно рассеивающим белым покрытием и неподвижного приемника лучистой энергии 1. К недостаткам прибора относ тс  возможность измерени  коэффициентов диффуз ного отражени  с удовлетворительной точностью только дл  диффузно отражающих покрытий, возможность измерени  коэффициентов диффузного отражени  только при одном угле падени  лучей на образец (около 10°). хот  коэффициенты полусферического отражени  шероховатых поверхностей существенно завис т от угла падени  лучей на поверхность и трудность интерпретации полученных результатов. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  измеритель распределени  энергии в лучистых потоках, содержащий лучезащиТный корпус, стол дл  креплени  образца, приемник лучистого потока и источник лучистой энергии. Прибор имеет формирующую оптическую систему, коллимирующую лучистый поток от диффузно излучающего источника. Путем отражени  от системы зерка.п луч под заданным углом падени  попадает на образец. Другой системой зеркал и фокусирующих линз отраженный от образца луч подаетс  на неподвижный приемник лучистого потока . Поворачива  последнюю систему зеркал, можно направить на приемник лучи, отраженные в главной плоскости при углах наблюдени  5-80°. Направл   падающий луч под образец, можно той же системой улавливающих зеркал измерить индикатрису пропускани . Отраженный (пропущенный ) на приемник луч сравниваетс  с опорным лучом, идущим от источника через другую систему зеркал и полупрозрачное зер кало.

Однако в таком приборе возможность измерени  индикатрисы отражени  только в одной (главной) плоскости затрудн ет оценку величины полусферического коэффициента отражени  (в главной плоскости лежат нормаль к поверхности и падающий луч), пол ризаци  пр мого, опорного и отраженного лучей, проход щих через систему отражающих и полупрозрачных зеркал, затрудн ет интерпретацию результатов измерений , относительность метода измерени  индикатрисы отражени , обусловленна  сравнением отраженного от образца луча не с падающим, а с опорным, требует измерений с эталоном. Кроме того, относительно больша  апертура направл ющей сие темы зеркал и приемника лучистой энергии (около 5°) затрудн ет изучение тонкой структуры отраженного пол . Посто нное оптическое рассто ние от приемника до образца приводит к необходимости применени  высокочувствительных приемников с щироким диапазоном измер емой плотности лучистой энергии. Только такой приемни может уловить как слабый сигнал от диффуз но отражающей черной поверхности, так и сильный сигнал от зер-кально отражающего образца.

Целью изобретени   вл етс  повыщение точности измерений при определении распределени  энергии в любой плоскости относительно исследуемого образца.

Поставленна  цель достигаетс  тем,- что в предложенном измерителе распределени  энергии в лучистых потоках, содержащей лучезащитный корпус, стол дл  креплени  образца , приемник лучистой энергии и источник лучистой энергии, приемник и стол выполнены подвижными и имеют по две степени свободы, причем центры вращени  приемника и стола совмещены, а рассто ние от чувствительной поверхности приемника до центра вращени  стола посто нно. Дл  выбора апертурного угла наблюдени  отраженного (пропущенного) потока соответственно уровню отраженного сигнала и требовани м к разрешающей способности прибора измен етс  оптическое рассто ние от приемника до стола или диаметр диафрагмы перед приемником. Дл  изменени  угла падени  лучей на стол и ориентации плоскости пол ризации падающего луча относительно отражающей поверхности стол установлен на координатнике с двум  степен ми свободы. Источник лучистой энергии расположен вне прибора. При измерении угла расходимости лучистого потока источника стол сдвигаетс  в сторону от пр мого луча. В случае измерени  индикатрисы отражени  (пропускани ) в качестве источника удобно применить лазер, дающий высокоинтенсивный коллимированный плоско-пол ризованный монохроматический луч. Стабильность источника контролируетс  с

ПОМОЩЬЮ неподвижного приемника лучистой энергии, дающего сигнал от вход щего в прибор через полупрозрачное зеркало лучистого потока.

На фиг. 1 дана принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - установка устройства на оптической скамье.

Измеритель содержит подвижный стол 1 с закрепленным на нем образцом 2, координатник 3 с двум  степен ми свободы дл  перемещени  стола 1 вокруг центра «О, расположенного на поверхности образца, подвижный приемник лучистой энергии 4, координатник 5 с двум  степен ми свободы дл  перемещени  приемника 4 вокруг той же точки «О на поверхности образца, лучепоглощающий корпус 6 с входным отверстием 7 дл  ввода лучистого потока 8 от внещнего источника, например лазера и зажимное устройство 9.

Координатник 3, состо щий из узлов 10- 16, позвол ет вращать стол 1 относительно точки «О. С помощью валиков 10, II, 12, вала 13 и ручки 14 осуществл етс  поворот стола 1 вокруг оси XX. Поворот стола 1 вокруг оси УУ достигаетс  с помощью полого вала 15 и ручки 16.

Координатник 5., состо щий из узлов 17- 24, перемещает приемник 4 вокруг стола 1 по сферической поверхности с центром в точке 0. Поворот приемника 4 вокруг оси УУ осуществл етс  с помощью кронштейна

0 17, валиков 18, 19, щкива 20 и ручки 21. Поворот приемника 4 вокруг оси XX достигаетс  вращением с помощью ручки 22 крыш ки 23 с закрепленным на ней через стойку 24 приемником 4. Поворот приемника 4 вокруг оси XX достигаетс  вращением с помощью ручки 22 крышки 23, на которой закреплена стойка 24 креплени  подшипника ролика 18.

Выбор необходимой разрешающей способности измерител  осуществл етс  изменением длины кронштейна 17 с помощью вин та 25 или изменением диаметра диафрагмы 26. Винтом 27 приемник 4 в положении слева от стола 1 (показан на фиг. 1 пунктиром ) устанавливаетс  точно по оси XX. Дл  измерени  интенсивности сильно расход щегос  пр мого луча 8 с помощью приемника 4 в положении слева от стола 1, перекрывающего луч 8, стол 1 с координатником 3 смещаетс  вверх вдоль оси УУ. Координатник 3 скользит на подшипниках 28, закрепленных в лучепоглощающем корпусе 6. Если луч 9 слабо расход щийс  и свободно проходит сквозь отверстие 29 в столе 1, то сдвигать Координатник 3 вверх по оси УУ не требуетс .

5 Дл  контрол  стабильности луча 8 вблизи входного отверсти  7 расположено съемное полупрозрачное зеркало 30 и неподвижный приемник лучистой энергии 31 , закреп ленные на лучепоглощающем корпусе 6 посредством кронштейна 32. Посредством юстировочных винтов 33 измеритель 34 устанавливаетс  на оптической скамье 35. На левом торце и сбоку корпуса 6 имеютс  две крышки 36 и 37 дл  доступа к столу 1. Источник лучистой энергии (на чертеже не показан), например лазер, устанавли-. ваетс  на оптической скамье 35 посредством юстировочных винтов (на чертеже не показаны ). Устройство работает следующим образом Испытуемый рбразец с помошью зажимного устройства 3 устанавливаетс  на поворотном столе 1. Поворотом ручек 14, 16 координатника 3 выставл етс  требуема  ориентаци  плоско-пол ризованной волны лазерного луча 8 относительно поверхности стола 1 и угол падени  1. Поворотом ручек 21, 22 координатника 5 выставл етс  требуемый пол рный и азимутальный угл ы наблюдени  отраженного (пропущенного) потока приемником 4. Показани  приемников лучистой энергии 4 и 31 фиксируетс  измерительными приборами. Вращением ручки 22 координатника 5 осуществл етс  измерение подвижным приемником 4 индикатрисы отражени  (пропускани ) (Ч) при посто нных значени х 1е и .В показанном на фиг. 1 положении стола 1 луч 9 скользит по стоду 1, т. е. угол падени  i 90° и отражени  нет.- Когда стол 1 выставл етс  перпендикул рно лучу 9, то угол падени  io 0. Вращением ручки 21 и фиксацией приемником 4 достигаетс  измерение индикатрисы отражени  (пропуска ни ) при посто нных значени х углов i И f. Результаты измерени  индикатрисыЖд СЦр обрабатываютс  по формуле ae(io, ,4 ) K-aE4(io,,4) /IQ (U где К - тарировочный коэффициент; IQ- плотность падающего потока. Возможные изменени  плотности падающего потока IQ в процессе измерений корректируютс  по данным измерений неподвижного приемника 31 1о I4(to)-l3i(t)/li.(ro), где ) -плотность падающего потока измер е.ма  подвижным при емником 4 в момент времени -Гд Ijj (f) -плотность падающего пототока , измер ема  неподвиж ным приемником 31 в то же врем  t ; Ii(t -плотность падающего потока , измер ема  неподвижным приемником 31 в течечение времени измерени  т индикатрисы. При измерении индикатрисы отражени  (пропускани ) в главной плоскости Ц() в направлении зеркального отражени  IQ определ етс  коэффициент зеркального отражени  Чк(о) 1ч( о/1«)-(3) где I оопредел етс  из выражени  (2). Коэффициент диффузного отражени о(1о) определ етс  путем двукратного интегрировани  индикатрисы отражени  (1) по полусфере над образцом в интервале углов наблюдени  О f С 90°, азимутов 0 - 360° по формулам X(io,H) J2e.(io,,f )cos dcos| () t(io)(io,P) . Значение тарировочного коэффициента. «к в формулах (1,4) находитс  по результатам измерени  на длине волны Л -Лцст коэффициента полусферического отражени  эталонного диффузного покрыти  с помощью образцового прибора, например, типа ФМШ-56М 1 -c(io. 100 и измерений индикатрисы отражени  измерителем 34 (см. фиг. 2) на длине волныАист дл  перпендикул рно и параллельно пол ризованной олны К 2,:f iuaf±0 1 л о((0°(А„ 1о -0) где о(.,| -результаты обработки опытных данных по индикатрисе отражени  эталонного покрыти  при L и II - пол ризованной волне при Ki 1.0. Работа измерител  34 при измерении углов расходимости лучей 8. При, малых углах расходимости лучей 8 У -, jd29, d - диаметры отверстий 29 и 7 в столе и боковой стенке, L - рассто ние оси УУ от подвижной крышки 23) ручкой 16 плоскость стола 1 выставл ет с  перпендикул рно лучу 8, а полупрозрачное зеркало 30 убираетс . При больших углах расходимости стол 1 сдвигаетс  вверх по оси УУ. Дл  увеличени  разрешающей способости измерител  34 перед приемником 4 тавитс  диафрагма 26 малого диаметра q ЮОЛист положении приемника слева от оси УУ (показано на фиг. 1 унктиром). поворотом ручки 21 и фиксаией показаний приемника 4 и углов повоота ручки 21 проводитс  измерение распреелени  энергии в поперечном сечении луча 8.

Определ ютс  такие углы поворота ручки 21 д , которым соответствуют значени  плотности потока, равные пцловине от максимальныхЗЕ(а} (0)/. Пос ле разворота с помощью винта 27 приемника 4 на угол 180° наход тс  аналогичные значени  углов R и , торым соответствуют значени  Sj((jt) аЕ.7(0)/2 (положение приемника 4 в этом случае показано на фиг. 1 пунктиром). Значение углов расходимости луча 8 определ етс  из выражени 

0.,)-()

(7).

Поворотом ручки 22 на угол координатника 5 достигаетс  измерение угла расходимости луча 9 в различных продольных сечени х .

Измеритель распределени  энергии в лучистых потоках позвол ет определ ть распределение энергии отраженного (пропущенного ) образцом пол  при различных углах падени  и ориентаци х плоскости пол ризации электро.магнитной волны относительно поверхности стола. В зависимости от характеристик вход щего лучистого потока возможно исследование полной картины вза имодействи  с поверхностью образца непол ризованного или пол ризованного, монохроматического , спектрально ограниченного или интегрального потока лучистой энергии путем измерени  коэффициентов зеркального отражени , угла расходимости отраженного (пропущенного) луча, индикатрисы отражени  (пропускани ) в плоскост х, различным образом ориентированных относительно Главной плоскости, полусферического коэффициента отражени  (пропускани ) после интегрировани  замеренных в различных плоскост х индикатрис отражени 

(пропускани ) и тарировки по образцовому прибору.

Экспериментальна  проверка предлагаемого устройства подтвердила возможность измерени  углов расходимости, индикатрис

отражени  и полусферических коэффициентов отражени . Тарировка проводилась на серийном приборе типа ФМШ-56М и эталонном баритовом образце этого прибора. В качестве источника монохроматического линейно-пол ризованного лучистого потока

использован лазер типа ЛГ№26, работающий на одной из длин волн: 0,63, 1,15; 3,39 мкм.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Измеритель распределени  энергии в лучистых потоках, содержащий лучезащитный корпус, стол дл  креплени  образца, приемник лучистой энергии и источник лучистой

   энергии, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точнбсти измерений при определении распределени  энергии в любой плоскости относительно исследуемого образца , указанные приемник и стол выполнены неподвижными и имеют по две степени свободы, причем центры вращени  приемника и стола С1Вмещены, а рассто ние от чувствительной i. верх ноет и приемника до центра вращени  стола посто нно.

   Источники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе 1. Техническое описание прибора «Фотометр шаровой фотоэлектрический, ФМШ-56М, прибор № 734052, Паспорт, 1973.
2. 2. Авторское свидетельство СССР М 205335, кл. G 01 J 1/36, 1966 (прототип).