Устройство для измерения обратного рассеяния

 

Изобретение относится к фотометрической технике измерения интенсивности рассеянного излучения. Повышение точности измерений достигается тем, что информационный сигнал в устройстве приобретает дополнительный допплеровский сдвиг частоты порядка 0,5 МГц, т.е. значительно выше , чем частотный спектр шумов, и легко выделяется из регистрируемого сигнала. Допплеровский сдвиг осуществляется вращающимся диском, на котором установлен калибровочный отражатель , ПОЗВОЛЯЮ1ЦИЙ за один оборот диска как минимум один раз откалибровать устройство по интенсивности отраженного сигнала. 2 ил. W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЯЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ш 4 G 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛЯМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3766924/31-25 (22) 05.07.84 (46} 30.01.87. Бюл. Ф 4 (71) Киевский государственный университет им. Т.Г.Шевченко (72) Д.Д.Пилипко (53) 535.24(088.8) (56) Бернштейн И.Л. и Степанов Р.П.

Обнаружение и измерение малых обратных отражений. Известия ВУЗов.

Радиофизика, т. 16, 1973, 1Ф 4.

Хайруллин А.Ф. и Неверович Л.Ч.

Установка для измерения рассеяния

"назад" от зеркал. Препринт. Минск.

ИФ АН БССР, 1974.

„„SU„„1286962 A 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ (57) Изобретение относится к фотометрической технике измерения интенсивности рассеянного излучения. Повышение точности измерений достигается тем, что информационный сигнал в устройстве приобретает дополнительный допплеровский сдвиг частоты порядка 0,5 МГц, т.е. значительно выше, чем частотный спектр шумов, и легко выделяется из регистрируемого сигнала. Допплеровский сдвиг осуществляется вращающимся диском, на котором установлен калибровочный от- ф ражатель, позволяющий sa один оборот диска как минимум один раз откалибровать устройство по интенсивности отраженного сигнала. 2 ил. С:

1286962

Изобретение относится к технике измерения интенсивности рассеянного излучения и может быть использо вано для контроля качества поверхности оптических деталей. 5

Цель изобретения — повеление точности измерения степени излучения, рассеянного от образца обратно в телесный угол падающего излучения.

На фиг. 1 изображена оптическая

1 схема устройства для измерения обратного рассеяния, на фиг. 2 — схема расположения оптических деталей на диске.

Устройство для измерения обратного рассеяния содержит источник излучения — лазер 1, светоделитель

2, держатель 3 исследуемого объекта, исследуемый объект 4, возвратное зеркало 5,фотаприемник 6, селективный усилитель 7, измерительное устройство (например вольтметр) 8, диск 9, держатель 10 калибровочного отражателя. калибровочный отражатель 11 светопоглотитель 12. Держатели жест-: ,25 ко связаны с диском. Исследуемый . объект и калибровочный отражатель непоцвижно укреплены в держателях.

Фотоприемник электрически соединен с селективным усилителем, который

3Q электрически соединен с вольтметром.

Держатели исследуемых объектов ук" реплены на диске по окружности на одинаковом расстоянии. Частота пропускания f селективного усилителя определяется из соотношения

f =2rcosqn — о с где r — расстояние держателя исследуемого объекта и калибровочного отражателя ат аси вращения днска;

Я вЂ” угол падения излучения на диск;

Й вЂ” угловая частота вращения диска," о- частота излучения лазера, с — скорость света.

Устройство работает следующим образом.

Излучение частотой 1 ат лазера

1, попадая на светоделитель 2, расщепляется на два канала: гетеродинный и измерительный. Гетерадинный канал создается с помощью возвратного зеркала 5.

Излучение, проходящее через светаделитель 2 и попадающее на иссле- дуемый объект 4, отражается от него в прямом направлении и поглощается светопоглотителем 12 с целью устранения бликов.

Излучение, рассеянное объектом в, обратном направлении относительно падающего луча, попадает на светоделитель 2 и, отражаясь от нега, попа" дает на фотоприемник 6, на который попадает также излучение гетеродинного канала, отраженное ат возвратного зеркала 5. Таким образом, на светоделителе 2 происходит оптическое гетеродинирование (двухлучевая интерференция) излучений из обоих каналов.

В случае непадвижнога исследуемого объекта излучение, рассеянное от объекта, обладает частотой, равной частоте падающего излучения 11„

При вращении диска 9 излучений, рассеянное от поверхности исследуемого объекта 4, жестко укрепленного в держателе 3 на поверхности диска 9 и вращающегося совместно с диском, обладает частотой отличной от частоты падающего излуче-, ния на величину

2В1 !

V1, где В, Р ксаза1;

v — линейная скорость движения исследуемого объекта 4, Для устройства, изображенного на фиг. 1, угол ц) = 45, à совсем =

1 1

- Г2

Сигнал с разностнай частотой й1 выделяется из сигнала, регистрируемого фотоприемником 6 с помощью селективнаго усилителя 7, и измеряется вольтметром 8. Интенсивность сигнала с частотой И, пропорциональна величине А Ар, где

О11 РаС

А „ — амплитуда излучения, отраженного от возвратного зеркала 5; А рас амплитуда рассеянного излучения от исследуемого объекта, При вращении диска с частотой f

600 об/мин, что соответствует уг1286962 расс рас / пад (12 (Iz

PQсс хohи6

2 2 f ловой частоте g.

Т 60 — 62,8 Гц, линейная скорость исследуемого объекта 4 составляет

2 и r 1 5 — r f = — rй=2м/с при

Т 21

У расстоянии исследуемого объекта до оси вращения r = 0,2 и. Допплеровский сдвиг частоты в этом случае составляет 600 кГц, что более чем на два порядка вьппе, чем у прототипа. Такая частота значительно вьппе, чем собственные шумовые частоты устройства из-sa механических колебаний элементов, и легко выделяется из помех электронной схемой (селективным усилителем 7). Таким образом, происходит смещение рабочей частоты устройства в более высокочастотную область и на измерительное устройство (вольтметр) 8 подается "чистый" сигнал без помех, т.е. отношение сигнал/ ,.шум при проведении измерений резко увеличивается.

Для калибровки устройства на диск

9 устанавливают дополнительно как минимум один держатель 10 с калибровочным отражателем 11. При этом отражающая поверхность калибровочного отражателя 11 ориентирована так, что- О бы излучение от лазера 1 падало на нее перпендикулярно.

В качестве калибровочного отражателя можно использовать клинообразную пластинку или призму из мате- 35 риала с известным показателем преломления и, Тогда коэффициент отражения по интенсивности от одной поверхности пластинки (призмы) описывается формулой Френеля

I (и — 1) 2 иоли6 П +

Точность определения показателя прелом призмы весьма высокая и 45 достигает 10 4 Х, что в 100 раз выше точности, достижимой при измерении интенсивности излучения.

При таком положении диска, при котором калибровочный отражатель пе- 50 ресекает луч лазера 1, измерительным устройством 8 производится измерение величины

A оп Акалиь 55

ГДЕ А „али6 — аМПЛИтУДа ИЗЛУЧЕНИЯ, Отраженного от калибровочного отражателя.

При повороте диска 9 так, чтобы луч лазера 1 попадал на исследуемый образец 4, измерительным устройством

8 производится измерение величины

I = А „ А,„ . Амплитуда рассеян-, ного излучения определяется по формуле т

poIcc А I ма лип

Оп 1

Коэффициент обратного рассеяния по интенсивности, равный по определению, где I — интенсивность рассеянного расе излучения;

I „ „ — интенсивность падающего пал, излучения, вычисляется по формуле

Пример. Источником излучения служил лазер ЛГ-32, длина волны излучения А = 0 63 мкм. Фотоприемник

ФЭУ-79, селективный усилитель У2-8, вольтметр В 6-4. Точность измерений, полученная при экспериментальных исследованиях многослойных диэлектрических зеркал, оценивалась в 1Х.

Формула и з обретения

Устройство для измерения обратного рассеяния, содержащее лазер, светоделитель, установленный по ходу луча, держатель исследуемого объекта, фотоприемник, оптически связанный со светоделителем и электрически с входом селективного усилителя, выход которо- го подключен к входу измерительного устройства, а также механический диск, выполненный с возможностью вращения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в устройство дополнительно введены возвратное зеркало и калибровочный отражатель, при этом возвратное зеркало установлено по коду луча, отраженного от светоделителя с противоположной стороны от фотоприемника, а держатель исследуемого объекта и калибровочный отражатель установлены на механическом диске, который расположен по ходу луча, проходящего светоделитель, при этом частота про- о

f =2rcosq и — у

Ц с где г — расстояние от держателя исследуемого объекта и калиб,МФЖ

Фы . Р

Составитель 1О.Гринева

Техред А.Кравчук Корректор Е.Сирохман

Редактор E.Êîï÷à

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7705/42

Производственно-полиграфическое предприятие, F Ужгород, ул. Проектная, 4

5. 1286962 пускания селективного усилителя f определяется соотношением ровочного отражателя от оси вращения диска, угол падения излучения на диск; угловая частота вращения диска, частота излучения лазера, скорость света.