Фотометр

 

Сущность изобретения описан фотометр с повышенной точностью измерении силы света с малых расстояний Фотометр, работающий по телецентрическому методу имеет зеркальный отражатель поверхность которого обеспечивает падение света на приемник излучения под небольшими углами 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 J 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778795/25 (22) 05.01.90 (46) 30.08.92. Бюл. йг 32 (71) Московский энергетический институт (72) Б.Н,Глебов (56) Гуревич M.M. Фотометрия. — Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.169 — 170.

Гершун А.А. Избранные труды по фотометрии и светотехнике. — M.: Гос. изд-во физико-математической лит-ры, 1958. с.211 — 217.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к фотометрам, работающим по принципу независимости результатов измерения силы света от расстояния до излучающего объекта.

Известны фотометры, работающие по телецентрическому методу, основанному на выделении с помощью линзы светового потока, распределяющегося от источника излучения внутри малого телесного угла, и определении таким образом силы света источника излучения в соответствующем направлениии.

Основными недостатками таких фотометров являются большая масса линзы при фотометрировании крупно абаритных источников излучения, высокие требования, предъявляемые к точности изготовления линзы, и ее высокая стоимость, невысокая точность измерений из-за больших углов падения световых лучей от источника излучения. на приемник и неравномерного распределения измеряемого излучения по поверхности приемника.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотометр, в котором для выделения внутри малого те„„!Ж„„1758445 А (54) ФОТОМЕТР (57) Сущность изобретения: описан фотометр с повышенной точностью измерений силы света с малых расстояний. Фотометр, работающий по телецентрическому методу, имеет зеркальный отражатель. поверхность которого обеспечивает падение света на приемник излучения под небольшими углами. 1 ил. лесного угла светового потока. распространяющегося от источника излучения используют параболоидный отражатель.

Фотометр содержит размещенные последовательно на опгической оси источник излучения, зеркальный отражатель с образующей поверхностью, описываемой уравнениему=E х где F.и а — действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с чувствительной поверхностью, установленной перпендикулярно оптической оси. Лучи света, распространяющиеся от источника излучения вдоль оси зеркального отражателя, собираются в его фокусе, в котором расположен приемник излучения.

Недостатком этого фотометра является невысокая точность измерений из-за того, что лучи падают на приемник излучения под большими углами и измеряемое излучение неравномерно распределяется по поверхности источника излучения, а также наличие погрешности измерений, вызванной экранированием приемником части светового потока, падающего на зеркальный параболоидный отражател ь.

1758445

g. 1 /2М, 2 — а К вЂ” 1}+aK

1 — К +К

dl-1

F, =ту где К = О/с1.

На чертеже схематично изображен фотометр для измерения силы света с малых расстояний, Фотометр содержит последовательно установленные на оптической оси зеркальный отражатель 1, профиль которого описывается уравнением у = ex, распо1/М ложенный на расстоянии P от вершины отражателя 1 фотоприемник 2 излучения и источник 3 излучения, а также регистрирующее устройство 4, поворотный механизм 5 и растр 6, Растр б может быть выполнен, например, в виде ряда параллельных одна другой плоских пластин с соосными отверстиями. Вывод уравнения для определения расстояния P приведен ниже.

Для упрощения в дальнейшем примем

Р =2А и d =2а.

Если а= 1, то, как будет показано ниже, А < 2а, где 2А — диаметр зеркального отражателя. 2а — диаметр приемника 2 излучения, Имея в виду, что реальные значения 2а не превышают 100 — 150 мм, диаметр зеркального отражателя 1 и, соответственно, наибольший габаритный размер источника

3 излучения также не должны превышать

200-300 мм. На практике же их размеры значительно выше, Макетный образец фотометра выполнен следующим образом.

Зеркальный отражатель 1 изготовлен из алюминия методом выдавливания. после чеЦель изобретения — повышение точности измерений, Указанная цель достигается тем, что в фотометре, содержащем размещенные последовательно на оптической оси источник излучения, зеркальный отражатель диаметром 0 с образующей поверхностью, описываемой уравнением у = f x, где е и а—

1/М, действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с диаметром чувствительной поверхности d, установленной перпендикулярно оптической оси, фотоприемник установлен на расстоянии (в К -1) (< 2 (к -1)+

2Я (o(-Я(1- к l a )(a - к+1 от вершины зеркального отражателя, при этом ,, в(к — }, lè К го лицевая поверхность его механически и электрически отполирована и подвергнута альзак-процессу, что обеспечило коэффициент отражения равный 0,85, Зеркальный от5 ражатель 1 вместе в растром б установлен на фотометрической скамье (не показана), а на расстоянии Р = 94 мм от его вершины на оптической оси отражателя 1 также на фотометрической скамье установлен приемник 2

10 излучения, укрепленный на поворотном механизме 5, В качестве приемника 2 излучения использовался селеновый фотоэлемент, в качестве регистрирующего прибора 4— микроамперметр, предварительно програ15 дуированный llо эталону силы света. Поворотный механизм 5 представляет собой червячную пару с пластиной, на одной из поверхностей которой укреплен фотоэлемент. Поворот, приемника 2 излучения с по20 мощью поворотного механизма 5 позволил учесть экранирующую часть светового потока.

Фотометр работает следующим обра-. зом, 25 От источника 3 лучи 7, 8 падают на зеркальный отражатель 1. Краевой луч 8, параллельный оси ОХ, падает на край зеркального отражателя 1 и, отразившись от него, попадает на край приемной поверхности прием30 ника 2 излучения. В свою очередь луч 7, параллельный оси ОХ, касаясь приемника 2, попадает на отражатель 1 и, отразившись от него, в центр приемника 2. Все остальные лучи, посылаемые источником 3 параллель35 но оси ОХ и располагающиеся между лучами

7 и 8, попадают на приемник 2 излучения равномерно от его края к середине. Параллельные оси OX лучи света от источника 3 выделяются растром б. Схема хода лучей, 40 обеспечиваемая зеркальным отражателем

1, приводит к уменьшению углов падения на приемник 2 отраженных от зеркального отражения лучей света и распределению измеряемого излучения равномерно по всей

45 поверхности приемника 2 излучения, что в свою очередь повышает точность измерений, Для обеспечения описанного хода лучей уравнение профиля зеркального отра50 жателя 1 должно иметь вид у = я х где я и

1 Ах

a — константы.

Рассмотрим решение данной задачи в общем виде.

Будем искать решение уравнения про55 филя отражателя в виде

y=F. х

1Ф, ум a- х=- (у)=у я

1 OC. -1 имеему = e a y

1758445

В соответствии с тем, что а < 2, имеем окон5 чательно

1п К вЂ” 1

1+ - <а<2

In K (4) 10 Если потребовать, чтобы а =- 1, то из (4) следует, что

1+ < 1, т,е, In(K-1) < 0

In Ê вЂ” 1

In K

15 т.е. К-1 < 1, т.е. К < 2, т.е. А < 2а.

Для определения Р нужно найти Лг:

Аналогично для луча 8 гп1х + п1ху = К1 г п)гх + пгху = Кг, г и по правилу Крамера

rn, Ê, п) Kã

XY= — = гп, п, 2 Ь(Х= — =

m,ï, +2 П2 — ) (1z-z)(v

Р35 )(К -К+71

In К вЂ” 1

1+

InK

<а <2.

45 ай +а <

Ь -1

2а К вЂ” К+1 55

Л=

;(з - 4 Кгк-г значит

А<0<>K -К+1>0<=>К >К-1<=>

Ы-1

Уравнение отраженного луча от какойлибо точки (Х1, Y1) зеркального отражателя имеет вид

Z У х1

У- У1= " - — (x, x1)

1 — (V1 (x1))

В частности, для луча 7 2E" û - Е 2(К -2 2-2 (g (. ()(: а где P — расстояние от вершины зеркального отражения до приемника излучения; а 2 E, -2М a pE =a (X,-g (А-а)А -2аА P ° r=

1-М ()С

= (А-а) а- -2А а (2) М

Вводя неизвестные г = х, P = у в систему уравнений (1) и (2), можно записать при соответствующих обозначениях: отсюда x = т тт 1/Л, у = (I /z z I )/ Ai Л, т а.

Б = (Д 1/та"; Р = (I/12 I) тУЬЗ Л (3) Очевидно, что решение существует(=)Л1 и

Л имеют одинаковый знак. Выявим, при каких условиях это возможно. Положив А/а =

=K, получим если 0 < а< 2.

При этом а не может быть больше или равно двум, так как уже при и= 2 f(x) = Ex

1/г — парабола, которая заведомо не дает решения. Далее:

In(Ê вЂ” 1 I In (К вЂ” i i (=>а- 1 > >а > 1+ — - — -- . (K — 1)а 1 — ((< — 2) (— — — 1) + г (-4 Кгх- г

К вЂ” 1

in К вЂ” 1

Поскольку 1 +

InK

<а <2иК>1,то выражение в квадратных скобках положительно и. значит, Лг < О. С учетом (3) получаем окончательно

Г,. 1 1/г

1 1,ц 2 —. a К вЂ” 1) + а К

1 — Кг +К " где Q — любое действительное число, удовлетворяющее условию

Таким образом, лучи света от источника

3 излучения, параллельные оси OX. проходя через растр б, падает на поверхность отражателя 1 и, отражаясь от него, распределяют измеряемое излучение с уменьшенными углами падения лучей на приемник 2 равномерно по всей поверхности приемника. Величина освещенности Е1 приемника будет пропорциональна силе света части источника 3 света, так как приемник 2 излучения частично экранирует источник излучения.

Экранируемую часть потока от источника 3 измеряют путем поворота приемника 2 на

180 с помощью поворотного механизма 5.

Полученная в этом случае на его поверхности величина освещенности Ег в сумме с

1758445 измеренной ранее Е> даст величину освещенности, прямо пропорциональную силе света от источника 3 по данному направлению. 1-1k

Е =ту

15 где К = D/d.

Составитель Б. Глебов

Редактор А. Маковская Техред M.Moðãåíòàë Корректор А, долинич

Заказ 2991 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Формула изобретения

Фотометр, содержащий размещенные последовательно на оптической оси источник излучения, зеркальный отражатель диаметром D с образующей повеохностью, описываемой уравнением у = е х, где е и а — действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с диаметром чувствительной поверхности d, установленной перпендикулярно оптической оси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, фотоприемник установлен на расстоот вершины зеркального отражателя, при этом О,, na )

1+ 1К <а <2