Фотометрическое устройство для измерения коэффициентов рассеяния объектов сложной формы

 

Изобретение относится к области фотометрии объектов и может быть использовано при измерении их оптических свойств. Цель изобретения - повышение точности измерений, С этой целью в устройство дополнительно введен второй фотометрический шар, расположенный перед основным (первым) фотометрическим шаром, содержащим объект. Фотоприемник оптически связан с обоими шарами. Второй дополнительный элемент устройства - расположенный между шарами обтюратор. Специальное выполнение (подбор геометрических размеров и покрытий) лопастей обтюратора и элементов шаров (заглушки; экраны ) , а также подбор частот вращений обтюратора и модулятора источника света позволяют сократить число операций для получения результата измерения и повысить его точность. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 2201 (д)) 4 G 01 N 21/47 ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3981742/24-25 (22) 26.11.85 (46) 23.08.87. Бюл. ¹ 31 (72) Г.К.Холопов, А.К.Павлюков, Н.Н.Копылов и Г.В.Горош (53) 535.36.535.24(088.8) (56) Тиходеев М.П.Световые измерения в светотехнике. — M. — Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 369.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1117496, кл. G 01 N 21/47, 1984. (54) ФОТОМЕТРИ БСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАССЕЯНИЯ

ОБЪЕКТОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к области фотометрии объектов и может быть использовано при измерении их оптических свойств. Цель изобретения — повышение точности измерений. С этой целью в устройство дополнительно введен второй фотометрический шар, расположенный перед основным (первым) фотометрическим шаром, содержащим объект.

Фотоприемник оптически связан с обоими шарами. Второй дополнительный элемент устройства — расположенный между шарами обтюратор. Специальное выполнение (подбор геометрических размеров и покрытий) лопастей обтюратора и элементов шаров (заглушки; экраны), а также подбор частот вращений обтюратора и модулятора источника света позволяют сократить число операций для получения результата измерения и повысить его точность. 1 ип.

1 13322

Йзобретение относится к энергетической фотометрии объектов и может быть использовано при оценке их оптических характеристик.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Основной (первый) фотометрический 10 шар 1 снабжен поворотным устройством

2, на котором внутри шара вблизи его центра закрепляется исследуемый объект 3 (или эталон рассеяния) с возможностью изменения его угловой ориентации в пространстве. lllap 1 имеет два диаметрально противоположных отверстия 4 и 5. Отверстие 4 служит для равномерного освещения объекта 3 однородным по сечению коллимированным 20 пучком света от осветителя 6, который содержит источник 7 света, объектив 8 и модулятор 9. Отверстие 5 имеет размеры больше сечения пучка света осветителя и предназначено для выделения 25 из шара той части потока. освещающего ,пучка, которая проходит мимо освещаемого тела. Это отверстие может закрываться заглушкой 10, имеющей на внутренней стороне белое диффузное Эд покрытие, идентичное покрытию стенки шара. Между осветителем и основным фотометрическим шаром установлен дополнительный (второй) фотометрический шар 11, также имеющий два отверстия, 35 которые расположены по оптической оси пучка осветителя и размеры которых примерно равны размеру отверстия

4 в основном шаре. Между соседними отверстиями двух шаров (ближе к отверстию в дополнительном шаре) установлен обтюратор 12, лопасти которого со стороны дополнительного шара имеют ! белое диффузное покрытие, идентичное покрытию полости этого шара. Фотопри- 4

45 емкое устройство (ФПУ) 13 оптически связано с внутренними полостями обоих шаров через установленные на их стенках диффузно пропускающие пластины 14 и 15. ФПУ 13 может содержать, напри50 мер, фотоэлектрический приемник излучения и световоды, оптически cBH3ûвающие его с пластинами 14 и 15 и представляющие собой либо зеркальные или линзовые (призменные) оптические

55 системы, либо световолоконные жгуты, либо световые коробы (последние показаны на чертеже). Белый диффузный экран 16 установлен в основном шаре та01 2 ким образом, чтобы блики света, отраженного от образца (или эталона), не попадали прямо на диффузную пластину 14. Экран 17 известной площади может вводиться в световой пучок осветителя между плоскостями лопастей обтюратора 12 и отверстия 4 в основном шаре.

Измерения коэффициентов рассеяния объектов на предлагаемом устройстве осуществляют, предварительно проведя юстировку (настройку) фотоприемного устройства. Целью юстировки является выравнивание чувствительности фотоприемного устройства к потокам, приходящим на него из каждого фотометрического шара. Для этого при закрытом заглушкой 10 отверстия 5 в основном фотометрическом шаре подвижками

ФПУ 13, частичным экранированием диффузных пластин 14 и 15 или иными способами добиваются равенства сигналов

U ; соответствующих полному потоку освещающего пучка, модулированного в осветителе б модулятором 9 с частотой f„, когда пучок свободно проходит через прорезь между лопастями обтюратора 12 в отверстие 4 основного шара и когда он полностью перекрыт лопастью обтюратора. При этом для обеспечения примерного равенства потоков, поступающих на ФПУ из обоих шаров, необходимо, чтобы размеры шаров и оптические свойства покрытий их стенок, а также размеры и оптические свойства диффузных пластин 14 и 15 являлись идентичными или имели близ кие параметры, размеры (углы секторов) лопастей обтюратора 12 и прорезей между ними должны быть равны.

Юстировка заканчивается, когда при включенном обтюраторе 12, который дополнительно модулирует световой поток с частотой f (c f выходной сигнал ФПУ, пропорциональный разности потоков, поступающих на него из обоих фотометрических шаров, равен нулю (или составляет некоторую минимальную величину, характеризующую шумы устройства).

После выполнения указанной юстировки между плоскостью отверстия 4 в основном шаре и плоскостью лопастей обтюратора 12 вводят в световой пучок экран 17 известной площади Ап, включают двигатель обтюратора 12 и на частоте f модуляции обтюратора

V(Ua /U) — V3 А д)

V„À )

3 133 измеряют сигнал Ч„на выходе ФПУ, который при этом равен

V„= К(и — U„), где Uð и U„- сигналы на частоте Й соответствующие полному потоку освещающего пучка и потоку с экрани— рованием части его;

К вЂ” коэффициент пропорциональности между сигналами, соответствующими одинаковым потокам, модулированным на частотах Й„и f г

Затем выключают обтюратор 12, устанавливают на поворотном устройстве 2 эталон рассеяния, снимают заглушку 10 с отверстия 5 в стенке шара 1, и, освещая эталон пучком света от осветителя 6 при выведенной из пучка лопасти обтюратора 12, измеряют сигнал U на выходе ФПУ 1,3 на часто9 те модуляции f . После этого измере1 ния закрывают заглушкой 10 выходное отверстие 5 в шаре 1, включают обтюратор 12 и измеряют сигнал V на частоте модуляции f,,который по аналогии с измеренным ранее сигналом V и равен

Ч =К(и -П), где U — измеренный на частоте f

3 1 сигнал, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и неэкранируемого эталоном света, рассеянного на заглушке.

После этого эталон заменяют на исследуемый объект, устанавливают с помощью поворотного устройства 2 необходимое его угловое положение в пространстве и с закрытым заглушкой 10 отверстием 5 при вращающемся обтюра1 торе 12 измеряют на частоте f сигнал V на выходе ФПУ 13, который в этом случае .равен V =К(П вЂ” U ), где U — измеренный на частоте f

1 сигнал, соответствующий суммарному потоку рассеянного объектом и неэкранируемого объектом света, рассеянного на заглушке.

Затем заглушку 10, закрывающую отверстие 5, вновь снимают, выключают обтюратор 12, выводят его лопасть из пучка и без изменения положения объекта измеряют на частоте f сигнал

U на выходе ФПУ 13. Этот сигнал про2201 порционален потоку, рассеянному объектом. Оба последних измерения повторяют при других угловых ориентациях объекта в пространстве.

По окончании измерений коэффициент рассеяния объекта 6 йри конкретной его угловой ориентации в пространстве относительно направления освещения рассчитывают по формуле где 6, — коэффициент рассеяния эталона;

A — площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка.

Пример. Рассматриваются результаты, полученные на предлагаемой и известной фотометрических установках. Взяты одни и те же условия (полированный конус из сплава Д16АТ с диаметром основания 59,5 м и высотой

61 мм, освещаемый под углом 80 к его оси со стороны вершины). Устройство содержит основной фотометрический шар диаметром 600 мм, коллимированный Ьсветитель с модулированным с несущей частотой f = 600 Гц световым пучком

З0 и полезной апертурой диаметром 80 мм, фотоприемное устройство на базе

ФЭУ-69, а также дополнительный фотометрический шар диаметром 500 мм и обтюратор с "огибающей" частотой моr

35 дуляции f = 36 Гц. ФПУ обеспечивает селективное выделение сигналов на обеих этих частотах и их усиление (с разными коэффициентами усиления). Проведенные измерения дают следующие

40 значения сигналов: на частоте f 0

1 9

= 914 мВ и U = 896 мВ, на частоте и Ч, = 199 мВ, Ч = 632 мВ и Чп

1597 мВ. Эти сигналы с учетом параметров эталонов й,= 0,950, An

45 = 16 см, А, = 15,9 см дают искомые значения б = 0,742, А = 19,97 см (А — площадь проекции объекта), лишь незначительно (соответственно на 1,6 и 1, 1X) отличающиеся от полученных

5О на известном устройстве значений, ко,торые равны 6 = 0,754 и А= 19,75см ..

Полученная величина А = 19,97 см ближе к теоретической величине. А

= 20,35 см .

Формула из обре тенин

Фотометрическое устройство для измерения коэффициентов рассеяния объСоставитель В.Калечиц

Техред М.Ходанич

Корректор Е.Рошко

Редактор И.Шулла

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3825/39

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

Б 133 ектов сложной формы, содержащее коллимированный осветитель с установленным в нем модулятором светового пучка, фотометрический шар с двумя отверстиями, центры которых и центр фотометрического шара совмещены с оптической осью осветителя и размеры которых не менее размера светового отверстия осветителя, заглушку, установленную в дальнем от осветителя отверстии фотометрического шара с возможностью выведения ее из отверстия и имеющую белое диффузно отражающее покрытие на поверхности, обращенной внутрь фотометрического шара, непрозрачный экран, установленный между осветителем и фотометрическим шаром с возможностью выведения из пучка, причем размер непрозрачного экрана не более размера светового отверстия осветителя, поворотное устройство для закрепления исследуемых объектов в центре фотометрического шара, фотоприемное устройство, оптически связанное с полостью фотометрического шара через установленную в его стенке диффузно пропускающую пластину, и белый диффузно отражающий экран, уста2201 новленный между центром фотометрического шара и диффузно пропускающей пластиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности

5 измерений, между осветителем и плоскостью установки непрозрачного экрана устройство дополнительно содержит второй фотометрический шар с двумя

10 отверстиями, выполненными и расположенными аналогично отверстиям в первом фотометрическом шаре, и механический обтюратор, у которого плоскость лопастей расположена между плоскостью установки непрозрачного экрана и дальним от осветителя отверстием второго фотометрического шара, размер лопастей, равный размеру прорезей между ними, не менее размера этого

20 отверстия, а поверхности лопастей обтюратора, обращенные к осветителю, имеют белое диффузно отражающее по.крытие, причем фотоприемное устройство оптически связано с полостью вто25 рого фотометрического шара через установленную в его стенке диффузно пропускающую пластину, аналогичную пластине, установленной в первом фотометрическом шаре.