Пристрій для вимірювання абсолютних значень коефіцієнта відбивання оптичних поверхонь

Пристрій для вимірювання абсолютних значень коефіцієнта відбивання оптичних поверхонь, який складається з оптично з'єднаних між собою 30211 мінювання, світлоподільника, реєстратора інтенсивності світлового потоку, згідно, винаходу, щопропонується, додатково містить тригранну призму ПВВ, яка встановлена по ходу променя так, що промінь проходить в напрямку її вершини нормально до гіпотенузної грані, та комутатор світлових пучків, який виготовлено з можливістю почергового перекриття світлових пучків, що відбились від призми, від дзеркала та обох пучків одразу. Введення тригранної призми ППВ еквівалентно поєднанню непоглинаючої плоско-паралельної пластинки та 100% відбиваючого плоского дзеркала, причому гіпотенузна грань призми відіграє роль передньої поверхні пластинки, а її відображення в тригранній системі призми ПВВ - задньої (задня ефективна поверхня пластинки), сама тригранна система служить 100% - відбиваючим дзеркалом. Тому це поєднання не вносить енергетикних втрат при відбиванні світла і при нормальному падінні не приводить до зміщення пучків, відбитих передньою та ефективною задньою поверхнями, якщо падаючий пучок проходить симетрично відносно вершини призми. Таким чином, енергетичний коефіцієнт відбивання призми при нормальному падінні світла на гіпотенузну грань дорівнює 100%, причому відбитий пучок і падаючий просторово співпадають. Введення комутатора пучків при наявності 100%-го відбивача дозволило замінити процедуру перестановки оптичних деталей комутацією оптичних пучків. Проаналізувавши відомі технічні рішення, які мають ознаки, схожі з відмінними ознаками винаходу, (наявність призми ПВВ, комутатора світлових пучків та їхнього взаємного розташування відносно джерел та приймачів випромінювання), автори не виявили, що наявність вказаних додаткових ознак дає 100%-е відбивання від еталонного відбивача при комутації світлових пучків, що в результаті давало б підвищення надійності, точності та продуктивності праці. На фігурі показана схема пристрою. Пристрій має: джерело 1 монохроматичного випромінювання і розташованих по ходу променя світлоподільника 2 та досліджуваного дзеркала 3, а по ходу відбитого від світлоподільника променя – тригранної призми ПВВ 4, яка встановлена своєю гіпотенузною гранню в напрямку до світлоподільника, а також комутатор 5 з крилом 6 та фотоприймач 7. Світло від джерела 1 потрапляє на світлоподільник 2, після чого відбитий пучок йде в напрямку призми 4, а прямий - потрапляє на досліджуване дзеркало 3 і після відбивання від призми 4 та дзеркала 3 ці пучки, повертаючись назад на світлоподільник 2, направляються ним на фотоприймач 7. Комутатор 5 виконаний з можливістю послідовно перекривати промені, що поширюються від світлоподільника 2 в одному з трьох напрямків: призми 4 (показано на малюнку), дзеркала 4 та фотоприймача 7. Перекривання пучків відбувається за допомогою крила 6 комутатора 5, а сигнал з фотоприймача поступає на реєстратор (на фіг. на показаний). Пристрій працює так. Процес вимірювання відбувається в трьох робочих положеннях, коли вимірюються інтенсивності світла, відбитого від досліджуваного дзеркала, тригранної призми та при перекритті обох пучків одразу. Спочатку роз глянемо випадок, коли крило комутатора стоїть в першому робочому положенні (див. фіг.). Світловий потік від джерела світла 1 попадає через вікно комутатора на світло подільник 2, розділяється ним на два пучки: перший йде в бік призми 4, другий - в бік дзеркала 3. Перший пучок перекривається крилом 6 комутатора 5, повністю поглинається його поверхнею і перестає існувати, другий відбивається послідовно від дзеркала 3, світлоподільника 2 і попадає на реєстратор 7, створюючи на його виході сигнал 7 Далі, в другому робочому положенні комутатора, перекривається другий пучок, (що йде в сторону дзеркала 3), який поглинається крилом 6 комутатора, а перший, еталонний, відбившись від вхідної грані та від трьох граней ПВВ призми, змінює напрям свого поширення на протилежний і, пройшовши світлоподільник 2, створює на виході реєстру тора сигнал J2. В третьому робочому положенні комутатора на фотоприймач не попадає жоден з пучків, тобто покази реєстратора J3 відповідають темповому струмові діючого фотоприймача. Величини сигналів J1, J2, J3 реєстратора в трьох робочих положеннях можуть бути виражені формулами: J1 = kJ0 × t × R Х × r + JТ , J2 = kJ0 × r × r0 × t + JТ , J3 = JТ , де: k - коефіцієнт пропорційності, J0 - інтенсивність випромінювання, що падає на світлоподільник; t, r - енергетичні коефіцієнти відповідно пропускання та відбивання світлоподільника; r0 - енергетичний коефіцієнт відбивання призми ПВВ, (r0=1); RX – коефіцієнт відбивання досліджуваного дзеркала. Коефіцієнт відбивання RX знаходимо за формулою: R X = {(J1 - J3 ) / (J 2 - J3 )} . Процедура визначення коефіцієнта відбивання дзеркала полягає в стандартному розміщенні дзеркала в пристрої шляхом притискання його поверхні до трьох опор, вимірюванні величин сигналів J1, J2, J3 в трьох робочих положеннях комутатора та обчисленні за цими значеннями за кінцевою формулою RX. Процедура може бути легко автоматизована використанням в каналі реєстрації синхронного ключа та системи зворотного зв'язку, яка б автоматично компенсувала величину темпового струму JТ при вимірюванні сигналів J1 та J2 і виводила б чутливість фотоприймачів на такий рівень, при якому значення знаменника в останній формулі в деяких одиницях дорівнювало б числу 1. Тоді покази реєстратора в тих же одиницях в першому робочому положенні означали б величину коефіцієнта відбивання RX. Це дає можливість вести автоматичні записи абсолютного значення RX в залежності від будь-яких чинників, наприклад, від довжини хвилі, при зміні температури зразка, тощо. Наведемо приклад пристрою для вимірювання коефіцієнта відбивання оптичних поверхонь, який було виготовлено на кафедрі оптики Київського Національного Університету. Як джерело 1 монохроматичного випромінювання використовувалось будь-яке джерело (або комбінація джерел), випромінювання якого містило потрібні довжини хвиль достатньої інтенсивності, причому монохроматизація випромінювання вико 2 30211 нувалася відповідним спектральним приладом, наприклад, монохроматором типу ДМР-4. Світлоподільник виготовлено з тонкої непоглинаючої плоско-паралельної пластинки з кварцу, шляхом нанесення напівпрозорого покриття, він забезпечував коефіцієнт поділу інтенсивностей між відбитим та пропущеним променями в необхідних межах, наприклад, 1:(1±0,7) в робочій спектральній області. Комутатор оптичного випромінювання - це порожнистий циліндр діаметром 7 см та висотою 4 см, у якого вилучено 3/4 його бокової по верхні (вікно комутатора, показано пунктиром), вісь обертання комутатора перпендикулярна до малюнка і проходить симетрично відносно світлоподільника. Залишена 1/4 частина бокової поверхні (крило комутатора) зачернена поглинаючою фарбою; повертаючись навколо осі та рухаючись вздовж лінії пунктиру (див. фігуру), крило могло перекривати будь-який з пучків світла: з боку призми 4, дзеркала 3, приймача 7 та джерела 1. Робочими положеннями комутатора - перші три з вказаних. Тригранна призма ПВВ виготовлена з кварцового скла, її гіпотенузна (вхідна) грань встановлена перпендикулярно до падаючого та відбитого пучків променів. Досліджуване дзеркало 4 встановлювалося в пристрій нормально до падаючого пучка шляхом притискання поверхні до трьох опор (на фігурі не показані), спосіб установки дзеркала не змінював його характеристик. В цьому випадку відбитий пучок променів також направлявся по шляху падаючого. Фотоприймач 7 складався з широкодіапазонного блоку власне фотоприймачів, узгоджуючого підсилювача та реєстратора сигналу, яким може бути, наприклад, самописець. Блок фотоприймачів скла дався з фотопомножувачів ФЭУ-39, ФЭУ-62, фотоопору типу ФСВ-16АН і обслуговував спектральні області 0,22-0,6, 0,6-1,2 та 1,2-2,8 мкм від повідно, які включалися в роботу автоматично в залежності від настройки монохроматора. Всі оптичні елементи були встановлені на столику гоніометра Г-5 і мали юстувальні засоби. В порівнянні з прототипом пристрій має такі переваги. Відсутня необхідність в точному вимірюванні та періодичному контролі коефіцієнтів відбивання та поглинання еталону і напівпрозорого дзеркала, при вимірах не потрібно виставляти рівень 100% і слідкувати за незмінністю нульової точки. Це означає, що похибки проведення цих операцій виключаються із систематичних похибок вимірювань. При стрій не має рухомих оптичних деталей, спрацювання яких в процесі експлуатації впливало б на точність вимірювань, що виключає можливість його роз'юстування, підвищує надійність. Пристрій дає можливість робити виміри спектрального коефіцієнта дзеркального відбивання при нормальному падінні світла на об'єкт дослідження без попереднього визначення спек трального розподілу випромінювання і чутливості приймачів. Внаслідок усунення ручної операції - калібрування по еталонному дзеркалу - пропонований спосіб можна легко автоматизувати, що суттєво знизить питомі трудовитрати, наприклад, при серійному проведенні вимірювань, для цехового контролю, при вимірюванні спектрів відбивання оптичних матеріалів в широкій області спектра. Перераховані особливості роботи пристрою обумовлюють технічний результат: підвищення точності, спрощення, прискорення та здешевлення процедури вимірювання коефіцієнта відбивання дзеркальної поверхні. Джерела інформації 1. А.с. СССР № 1042477 А, кл. G01N21/77, 40.07.1984, бюл. № 28. 2. А.с. СССР № 871208, кл. G01N21/77, 40.07.1981, бюл № 28. Фіг. 3 30211 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4