SU868375A1 - Способ измерени коэффициентов пропускани оптических материалов и коэффициентов отражени зеркал - Google Patents

Description

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения поглощающих и отражающих свойств оптических элементов и материалов.

Известны\способы измерения коэффициентов пропускания оптических материалов ⁵ и коэффициентов отражения зеркал, при осуществлении которых световой поток источника пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, направляют на образец, регистрируют и по ¹⁰ полученным сигналам судят о требуемом параметре fl].

Недостаток способов - малая точность измерений. . 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал, при котором световой поток от источника пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через ио следуемый образец или отражают его от исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков, подают их на фотоприемник и сравнивают выходные сигналы фотоприемника, определяя таким образом измеряемые коэффициенты пропускания или отражения. Сравнение выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков проводят, как правило, путем подачи их на два входа дифференциального усилителя, при этом выходной сигнал усилителя оказывается пропорциональным измеряемым коэффициентом пропускания или отражения [2].

Однако из-за нестабильности коэффициента усиления усилителя, вызванной, например, изменениями температуры окружающей среды, точность измерений оказывается сравнительно низкой, что является/ существенным недостатком этого способа. Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерений, при котором световой поток ет источника прост3 ранственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через исследуемый образец или • отражают его от исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков и подают их на фотоприемник, эталонный пучок дополнительно модулируют путем периодического прерывания его при помощи модулятора в виде вращающегося сектора tc центральным углом регулируемой величины, выходные сигналы фотоприемника интегрируют, регулируют величину центрального угла сектора модулятора таким образом, чтобы проинтегрированные выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравнялись между собой и по отношению величины центрального угла сектора модулятора к углу 360 определяют коэффициенты пропус) кания или отражения исследуемых образцов.

На фиг. 1 приведена одна из возможных схем устройства для реализации способа; на фиг. 2 - модулятор в виде сектора с центральным углом регулируемой величины; на фиг. 3 - временные диаграммы световых поч оков измерительного и эталонного пучков на фотоприемнике.

Устройство содержит источник 1 света, светоделительный элемент 2, зеркала 3,4 и 5, модулятор 6, выполненный в виде сектора с регулируемым центральным углом, соединенный с двигателем 7, диафрагму 8 с двумя отверстиями, модулятор 9, соединенный с двигателем 10, интегрирующий фотоприемник 11, коммутатор 11, коммутатор 12, дифференциальный усилитель 13 и исследуемый образец 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Световой поток источника 1, в качестве которого может быть использован ла- зер, при помощи светоделительного элемента 2 пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки. Измерительный пучок отражают от зеркала 3, пропускают через исследуемый образец 14, отражают от зеркал 4 и 5, пропускают через одно из отверстий диафрагмы 8 и ,' подают на чувствительную площадку фотоприемника 11. Эталонный пучок через другое отверстие диафрагмы 8 подают на тот же фотоприемник 11. Модулятор 9, > соединенный с двигателем 10, попеременно перекрывает отверстия диафрагмы 8, в результате чего производится временное разделение измерительного и эталонного пучков и они поступают на фотоприемни'к попеременно.

С фотоприемника 11 электрические сигналы от измерительного и эталонного пуч₅ ков поступают на коммутатор 12. Коммутатор, связанный с двигателем 10, попеременно подключает входы дифференциального усилителя 13 к выходу фотоприемника таким образом, что на один из входов 10 усилителя всегда подается сигнал от измерительного пучка, а на другой - сигнал от эталонного пучка.

Эталонный пучок перед подачей на фотоприемник модулируют. Модуляция эталон₁₅ ного пучка в предлагаемом способе осуществляется путем периодического прерывания его при помощи модулятора 6, выполненного в виде сектора с центральным углом регулируемой величины (фиг. 2), вращаемого двигателем 7. Как видно из временных диаграмм (фиг. 3), световой поток измерительного пучка Фц-jm и световой пучок эталонного пучка Ф_Эт .на фотоприемнике имеют вид прямоугольных импульсов длительностью Z , при этом интенсивность излучения в измерительном пучке (амплитуда импульсов Фц0_М оказывается ниже, чем интенсивность излучения в эталонном пучке (амплитуда импульсов Ф^_т за счет того, что измери³⁰ тельный пучок проходит через исследуемый образец. и частично поглошается в нём. Кроме того, за счет периодического прерывания на модуляторе 6, в импульсе имеются перерывы. Скорость вра35 щения модулятора 6 выбирается такой, чтобы период модуляции импульсов светоюго потока эталонного пучка Т _иод был бы меньше длительности этих импульсов 'v , в результате чего количество пере40 рывов в импульсе Ф при реальных измерениях оказывается существенно больше, чем это условно изображено на фиг. 3.

Перед подачей выходных сигналов фотоприемника на дифференциальный усилитель их интегрируют. Постоянная времени интегрирования выбирается много меньше длительности импульсов светового потока иэмеригельного и эталонного пучков и много ⁵⁰ больше периода модуляции Т мод импульса светового потока эталонного пучка. Интегрирование сигналов может проводиться в самом фотоприемнике за счет соответствующего выбора его постоянной времени. ⁵⁵ При этом выходной сигнал фитоприемника от импульса ФИ9)А оказывается пропорциональным амплитуде этого импульса, а выходной сигнал от импульса Ф_эт - сред5 868375 нему значению амплитуды этого импульса за его длительность.

Затем производят регулировку величины центрального угла Д сектора модулятора. При изменении величины угла <1 происходит; изменение длительности перерывов в импульсе Ф_эт , а оледовательно, и изменение среднего значения амплитуды импульса за его длительность. Поэтому, регулируя величину центрального угла сектора модулятора 6, можно добиться того, что выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравниваются между собой. Это происходит тогда, когда ослабление, вносимое модулятором 6 в эталонный пучок, компенсирует уменьшение амплитуды импульса светового потока измерительного пучка за счет прохождения последнего через исследуемый образец, т.е. ослабление эталонного пучка равно ослаблению измерительного. Коэффициент ослабления эталонного пучка равен отношению величине центрального угла Д сектора к центральному углу полного круга, т.е. к углу 360 .

При равенстве выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков выходной сигнал дифференциального усилителя 13 равен нулю. Таким образом, в предлагаемом способе вместо измерения выходного сигнала дифференциального усилителя производится фиксация момента равенства нулю этого сигнала, вследствие чего на результат измерений не оказывает влияния температурная и другие нестабильности коэффициента усиления дифференциального усилителя и точность измерений определяется в основном точностью измерения коэффициента ослабления в эталонном пучке.

Таким образом задача измерений коэффициента⁴ пропускания исследуемого образца сводится к измерению отношения величины центрального угла сектора к углу 360°. Последние, чисто механические измерения могут быть произведены с высокой точностью. Так, например, при точности измерения величины центрального угла сектора 10 угловых минут, что вполне· осуществимо, точность вычисления отношения величины этого угла к углу 360^ а следовательно, и точность измерений коэффициентов пропускании оптических материалов оказывается 0,05%, что существенно выше, чем стабильность коэффициента усиления дифференциального, усилителя,определяющая точность измерений в известных способах.

Следует отметить, что отражение измерительного пучка от зеркал 3,4 и 5 вносит погрешность в результат измерений за счет потерь на отражение от этих зеркал. Для устранения этой системгуической погрешности измерений производится обношение устройства. При этом величина центрального угла сектора модулятора регулируется таким, образом, что сигнал на выходе дифференциального усилителя равняется нулю при отсутствии исследуемого, образца, а ослабление, вносимое в этом случае в эталонный пучок, учитывается при определении измеряемых коэффициентов.

При измерениях коэффициентов отражения зеркал предлагаемым способом исследуемое зеркало помещают в измерительный пучок вместо одного из зеркал устройства, например вместо зеркала 3.

Таким образом предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерений коэффициентов пропускания тических материалов и коэффициентов ражения зеркал.

onот-

Claims (2)

1. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ Изобретение относитс  к фотометрии и может быть использовано дл  измерени  поглощающих и отражающих свойств оптических элек1ентов и материалов. Известны способы измерени  коэффициентов пропускани  оптических материалЬв и коэффициеетов отражени  зеркал, при осуществлении которых световой поток ис точника пространственно раздел ют на измерительный и эталонный пучки, направл ют на образец, регистрируют и по полученным сигналам суд т о требуемом параметре 1. Недостаток способов - мала  тючность измерений. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ из мерени  коэффициентов пропускани  опти ческих материалов и коэффициентов отра- жени  зеркал, при котором световой поток от источника пространственно раздел5пот на измерительный и эталонный пучки, про пускают измерительный пучок через .носледуемый образец или отражают его от ЗЕРКАЛ исследуемого зеркала, провод т временное разделение пучков, подают их на фотоприемиик и сравшгаают выходные сигналы фотоприемника , определ   таким образом измер емые коэффициенты З1ропускани  или отражени . Сравнение выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков провод т, как 1фавило, путем подачи их на два входа дифференциального усилител , при этом выходной сигнал усилител  оказываетс  пропорциональным измер емым коэффициентом пропускани  или отражени  И. Однако из-за нестабильности к(ффициента усилени  усилител , вызванной, нащгамер , измененн ми температуры окружающей среды, точность измерений оказываетс  сравнительно низкой, что  вл ieтc . существенным недостатком этого способа. Цель изобретени  - повыщение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе измерений, при котором световой поток ет источника просо ранственно ргодел ют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через исследуемый образец или - отражают его от исследуемого зеркала, провод т временное разделение пучков и подают их на фотоприемник, эталонный пучок дополнительно модулируют путем пе риодического прерывани  его при помощи модул тора в виде вращающегос  сектора «с центральным углом регулируемой величины , выходные сигналы фотоприемника интег рируют , регулируют величину центрального угла сектора модул тора таким образом , чтобы проинтегрированные выходные сигналы фотоприемника от измеритель ного и эталонного пучков сравн лись меж ду собой и по отнощению величины центрального угла сектора модул тора к углу 360 определ ют коэффициенты пропус I кани  или отражени  иccлeдye fыx образцов . На фиг. 1 приведена одна из возможных схем устройства дл  реализации способа; на фиг. 2 - модул тор а виде сектора с центральнь)м углом регулируемой величины; на фиг. 3 - временные диаграммы световых ПО оков измерительного и эталонного пучков на фот  фиемнике. Устройство содержит источник 1 света , светоделительный элемент 2, зеркала 3,4 и 5, модул тор 6, выполненный в виде сектора с регулируемым центральным углом, соединенный с двигателем 7, диафрагму 8 с двум  отверсти ми, модул тор 9, соединенный с двигателем 10, интегрирующий фотоприемник И.коммутатор 11, коммутатор 12, дифференциальный усилитель 13 и исследуемый образец 14. Способ осуществл етс  следующим образом . Световой поток источника 1, в качестве которого может быть использовал ла3iep , при помощи светоделительного элемента 2 пространственно раздел кхг на из мерительный и эталонный пучки. Измерительный пучок отражают от зеркала 3, пропускают через исследуемый образец 14 отражают от зеркал 4 и 5, пропускают через одно из отверстий диафрагмы 8 и , подают на чувствительную площадку фотоприемника 11. Эталонный пучок через другое отверстие дйа4рагмы 8 подают на тот же фотоприемник 11. Модул тор 9, соединенный с двигателем 10, попеременно перекрывает отверсти  диафрагмы 8, в результате чего производитс  временное разделение измерительного и эталонного пучков и они поступают на фотопрмемник попеременно. С фотоприемника 11 электрические сигналы от измерительного и эталонного пучков поступают на коммутатор 12, Коммутатор , св занный с двигателем 10 попеременно подключает входы дифференциального усилител  13 к выходу фотоприемника таким образом, что на один из входов усилител  всегда подаетс  сигнал от измерительного пучка, а на другой - сигнал от эталонного пучка. Этал«5нный пучок перед подачей на фотоприемник модулируют, Модул ци  эталонкого пучка в предлагаемом способе осуществл етс  путем периодического прерывани  его при помощи модул тора 6, выпол ненного в виде сектора с центральным углом регулируемой величины (фиг. 2), вращаемого двигателем 7. Как видно из временных диаграмм (фиг. 3), световой поток измерительного пучка световой пучок эталонного пучка Фд-г на фотоприемнике имеют вид пр моугольных импульсов длительностью и , при этом интенсивность излучени  в измерительном пучке (амплитуда импульсов Фц13| оказываетс  ниже, чем интенсивность излучени  в эталонном пучке (амплитуда импульсов Фд за счет того, что измерительный пучок проходит исследуемый образец, и частично поглощаетс  в нём, Кроме того, за счет периодического прерьтани  на модул торе 6, в импульсе имеютс  перерывы. Скорость вращеот  модул тора 6 выбираетс  такой. чтобы период модул ции импульсов светошго потока эталонного меньше длительности этих импульсов f , в результате чего количество перерывов в импульсе Ф при реальных измерени х оказываетс  существенно больше , чем ЭТ0 условно изображено на фиг. 3. Оеред подачей выходных сигналов фотоприемника на дифференциальный усилитель их интегрируют. Посто нн/а  времени интегрировани  выбираетс  много мень1ие длительности импульсов светового потока измерительного и эталонного пучков и много больше периода модул ции импульса светового потока эталонного пучка. Интегрирование сигналов может проводитьс  в самом фотоприемнике за счет соответствующего выбора его посто нной времени. При этом выходной сигнал фотоприемника от импульса Ф оказываетс  пропорциональным амплитуде этого импульса, а выходной сигнал от импульса Ф дт - среднему значению амплитуды этого импульса за его длительность. Затем производ т регулировку величин центрального угла d, сектора модул тор При изменении величины угла d происходит изменение длительности перерывов в импульсе Ф , а оледовательно, и изменение среднего значени  амплитуды импульса за его длительность. Поэтому, регулиру  величину центрального угла сектора модул тора 6, можно добитьс  того, что выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравниваютс  между собой. Это происходит тогда, когда ослабление, вносимое модул  тором 6 в эталонный пучок, компенсирует уменьшение амплитуды импульса световог потока измерительного пучка за счет npioхождени  последнего через исследуемый образец, т.е. ослабление эталонного пучка равно ослаблению измерительного. Коэффициент ослаблени  эталонного пучка равен отношению вел гчине центрального угла oL сектора к центральному углу полного круга, т.е.,к углу 360 . При равенстве выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эт 1лон- ного пулков выходной сигнал дифференциального усилител  13 равен нулю. Таким образом, в предлагаемом способе вместо измерени  выходного сигнала дифференциального усилител  производитс  фиксаци  момента равенства нулю этого сигнала, вследствие чего на результат измерений не оказывает вли ни  температурна  и другие нестабильности коэффициента усдалени  дифференциального усилител  и точность измерений определ етс  в OCHOBHCTV точностью измерени  коэффициента ослаблени  в эталонном пучке. Таким образом задача измерений коэффициента пропускани  исследуемого образца сводитс  к измерению отношени  величины центрального угла сектора к углу 360°, Последние, чисто механические измерени  могут быть произведены с высокой точностью. Так, например, при точности измерени  величины центрального угла сектора 10 угловых минут, что впопне . осуществимо, точность вычислени  отношени  величины этого угла к углу Seof а следовательно, и точность взмереивй коэф  щиентов пропускании оптических матери алов оказываетс  О,О5%, что существенно выше, чем стабильность коэффициента усилени  дифференциального, усилител ,о редел5поша  точность измерений в известных способах. Следует отметить, что отраженно измерительного пучка от зеркал 3,4 и 5 вносит погрешность в результат измерений за счет потерь на отражение от этих зеркал . Дл  устранени  этой систематической погрешности измерений производитс  обн ление устройсгва. При этом величина центрального угла сектора модул тора регулируетс  таким образом, что сигнал на выходе дифферен11.иального усилител  равн етс  нулю цри отсутствии исследуемого, образца, а ослабление, вносимое в этом случае в эталонный пучок, учитываетс  при определении измер емых коэффициентов. При измерени х коэффициентов отражени  зеркал предлагаемым способом исследуемое зеркало помещают в измерительный пучок вместо одного из зер.кал устройства, например вместо зеркала 3. Таким образом предлагаемый способ позвол ет существенно повысить точность измерений коэффициентов пропускани  оптических материалов и коэффициентов отражени  зеркал. Формула изобретени  Способ измерени  коэффициентов пропускани  оптических материалов и коэффициентов отражени  зеркал, при котором световой поток источника пространственно раздел ют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через исследуемый образец или отражают его от исследуемого зеркала, провод т временное разделение пучков и подают их на фотоприемшис, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений , эталонный пучок дополнительно модулируют путем периодического прерывани  его при помощи модул тора в виде вращающегос  сектора с центральным углом регулируемой величины, выходные сигналы фотоприемника интегрируют, регулируют величину центрального угла сектора модул тора таким образом, чтобы , проинтегрированные выходные сигналы фотопри- емника от измерительного и эталонного пучков сравн лись между собой и по отношению величины центрального угла сектора к углу ЗбО определ ют коэффициенты пропускани  или отражени  исследуе-. мых образцов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 542915, кл. Q О1J- 1/04, 1977.
2. 2.Патент «ИРГ № 1281170, кл. 42 li 17/02 (прототип).

   Г . I

   КХ

   ч

   м

   Сч|

   Т 666375

   Ф

   эт I

   Фиг.З