Оптический анализатор

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для спектрального анализа и может быть применено для исследования цветопередачи источников света и отражающих свойств различных поверхностей. Для оценки эффективности энергосберегающих ламп вводятся коэффициенты комфортности K_к и цветопередачи K_ц. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для спектрального анализа и может быть применено для исследования цветопередачи источников света и отражающих свойств различных поверхностей.

Известно устройство [1] содержащее источник света, который через входную щель спектрографа освещает дифракционную решетку, разлагающую излучение в спектр, регистрируемый многоэлементным фотоприемником, расположенным в фокальной плоскости дифракционной решетки, сигнал с фотоприемника поступает на устройство обработки информации (например, ЭВМ) и отображается в виде номеров элементов фотоприемника со своими величинами сигналов на индикаторном устройстве. Данное устройство не позволяет отслеживать изменения светового потока и изменения угла отражения света при исследовании световых и цветовые характеристик поверхностей. Известно устройство [2] для спектрального анализа, содержащее источник излучения, щелевую диафрагму, дифракционную решетку, в фокальной плоскости которой установлен многоэлементный фотоприемник соединенный с блоком регистрации и обработки информации. Данное устройство не позволяет снимать интегральные характеристики источника света или отражающей поверхности и изменения угла отражения света при исследовании световых и цветовые характеристик, поэтому исследования на нем трудоемки и требуют много времени.

Наиболее близким является оптический анализатор [3], содержащий источник света, планшет с отражающей поверхностью, световод, в котором установлены - объектив, щелевая диафрагма, состоящая из перемещающихся шторок, дифракционная решетка и многоэлементный фотоприемник, усилитель, блок регистрации и преобразования сигналов и блок обработки информации с индикатором, соединенные последовательно. Данное устройство не позволяет снимать интегральные характеристики источника света или отражающей поверхности и изменения угла отражения света при исследовании световых и цветовые характеристик, поэтому исследования на нем трудоемки и требуют много времени.

Задачей, технического решения, является повышение точности и оперативности определения световых и цветовых характеристик источника света при проведении спектрального анализа и универсализации измерений при сокращении трудоемкости исследования и временных затрат.

Технический результат состоит в том, что оптический анализатор, содержащит источник света, планшет с отражающей поверхностью, световод, в котором установлены - объектив, щелевая диафрагма, состоящая из перемещающихся шторок, дифракционная решетка и многоэлементный фотоприемник, усилитель, блок регистрации и преобразования сигналов и блок обработки информации с индикатором, соединенные последовательно, согласно изобретению анализатор содержит пульт управления, источником света являются лампы, закрепленные на барабане, планшет снабжен фиксатором и датчиком угла поворота, щелевая диафрагма имеет датчик перемещения шторок, а усилитель имеет несколько входов, причем датчик угла поворота и датчик перемещения шторок соединены с соответствующими входами усилителя, а пульт управления соединен с лампами и соответствующим входом усилителя.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема устройства для оптического анализатора, на фиг. 2 показана спектральная характеристика люминисцентной лампы.

Оптический анализатор содержит: источник света, состоящий из барабана 1 с закрепленными на нем исследуемыми лампами 2, причем барабан имеет возможность вращаться вокруг своей оси на 360°, светофильтры 3, конденсор 4, отражающую поверхность, которая является частью планшета 5, у которого угол поворота фиксируется фиксатором 6, причем на оси планшета 5 закреплен потенциометрический датчик угла поворота 7, световод 8, выполненный в виде светонепроницаемой тубы с объективом 9, щелевой диафрагмой 10 с навстречу перемещающимися шторками, причем щелевая диафрагма 10 снабжена датчиком перемещения шторок 11, дифракционную решетку 12 конструктивно соединенную с линзой (на чертеже не показана), многоэлементный фото приемник 13, усилитель 14, блок обработки сигналов 15 и персональный компьютер 16, причем вся оптическая часть анализатора помещена в светонепроницаемый корпус 17, у которого внутренняя поверхность зачернена, пульт управления 18, закрепленный на корпусе 17 и по электрической цепи соединенный с лампами 2 и выходом усилителя 14, усилитель 14 имеет 3 входа, соединенные с датчиками 7 и 11 и выходом от многоэлементных фотоприемников 17 и 4 выхода, 3 и выхода которого соединены с входом блока обработки сигналов 15, выход которого соединен с персональным компьютером (ПК) 16, Кроме того, конденсор 4 и светофильтры 3 установлены таким образом, что могут быть заменены или изъяты при эксперименте.

Устройство работает следующим образом. От источника света, через конденсор 4 падающие лучи попадают на исследуемую поверхность планшета 5 и отражаются в объектив 9, который освещает дифракционную решетку 12, разлагающую излучение в спектр, расположенный в фокальной плоскости дифракционной решетки 12 многоэлементный фотоприемник 13 регистрирует спектр. Электрический сигнал с выхода фотоприемника 13 поступает на вход усилителя и далее преобразуется в аналоговый сигнал, который выводится на индикатор. Одновременно с регистрацией спектра регистрируются угол наклона планшета 5 (от сигнала, поступающего с датчика угла поворота 7), что позволяет исследовать зависимость цветопередачи от угла отражения изучаемой поверхности и сигнал от датчика перемещения шторок 11 (измеряется величина светового потока от отражающей поверхности).

Примеры конкретного применения.

Пример 1. Для исследования световых характеристик, в том числе и коэффициента комфортности энергосберегающих ламп, были сняты их спектральные характеристики. На фиг. 2 приведена типичная спектральная зависимость для люминесцентной лампы. Исследуемый спектральный диапазон выбирался из следующих соображений. Для анализа спектра, отбрасывалась длина волны с амплитудой светового потока меньше 1% от максимального, т.к. такой сигнал находится на уровне шумов. Поэтому был принят исследуемый диапазон 400÷615 нм, а за комфортный взят желто-зеленый 510÷545 нм.

Примем коэффициент комфортности: K_к=S₁/(S₂-S₁), где площадь под кривой в желто-зеленом диапазоне, площадь под кривой выбранного диапазона, - длина волны (нм), I() - спектр излучения исследуемой лампы. Чем больше этот коэффициент, тем меньше человеческий глаз испытывает напряжение для распознания очертания предмета. Исследовав различные энергосберегающие лампы, отбирают наиболее эффективную - по коэффициенту комфортности.

Пример 2. Исследование зависимости цветопередачи от угла наклона светоотражающей поверхности. При этом угловой коэффициент облученности определяет долю светового потока, попадающего на фотоприемники, а индекс цветопередачи определяется как мера степени отклонения цвета объекта, освещенного источником света, от его цвета при освещении эталонным источником света сопоставимой цветовой температуры. Для выбранной поверхности снимают зависимость K_ц=F(), где K_ц коэффициент цветопередачи угол наклона отражающей поверхности. При этом следует учитывать, что при проведении измерений регистрируется не спектральная плотность излучения (I), а интенсивность излучения (I), пропорциональна плотности излучения на данной длине волны и ширине просвета шторок щелевой диафрагмы.

Введение в заявляемую полезную модель датчиков перемещения шторок и угла поворота позволяет снимать интегральные характеристики источника света или отражающей поверхности и изменения угла отражения света при исследовании световых и цветовые характеристик, поэтому исследования на нем менее трудоемки и не требуют много времени. Введение барабана с лампами позволило расширить диапазон исследуемых объектов, особенно при исследовании отражающих свойств поверхности при ее освещении несколькими источниками, что позволило сделать прибор более универсальным.

Литература:

1. А.С. 1827550, G01J 3/42, «Способ определения длины волны спектральной линии», 1993.

2. Патент РФ 2480718, G01J 3/42 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА», 2013.

3. Ткаченко Б.К., Алябьев А.И., Березникова М.В., Зуев А.П., Мешков М.А., Негодяев С.С., Рыжаков М.В., Попов Л.Л., Титаров С.И. Современные технологии физического эксперимента и обработки результатов. - Лабораторный практикум. - М. 2007 г. - С.31-37.

Оптический анализатор, содержащий источник света, планшет с отражающей поверхностью, световод, в котором установлены - объектив, щелевая диафрагма, состоящая из перемещающихся шторок, дифракционная решетка и многоэлементный фотоприемник, усилитель, блок регистрации и преобразования сигналов и блок обработки информации с индикатором, соединенные последовательно, отличающийся тем, что анализатор содержит пульт управления, источником света являются лампы, закрепленные на барабане, планшет снабжен фиксатором и датчиком угла поворота, щелевая диафрагма имеет датчик перемещения шторок, а усилитель имеет несколько входов, причем датчик угла поворота и датчик перемещения шторок соединены с соответствующими входами усилителя, а пульт управления соединен с лампами и соответствующим входом усилителя.