Способ измерения коэффициентов рассеяния объектов

 

СПОСОБ ИЗМР:РЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАССЕЯНИЯ ОБЪЕКТОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, заключающийся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым пучком, измеряют полный световой поток этого пучка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности измерений, дополнительно измеряют суммарный поток рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света и суммарный поток рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света при их освещении тем же пучком, а коэффициент рассеяния объекта рассчитывают по формуле lUo-U4U3/Ub(Uo-U,l Лэ U.-Un где Од - коэффициент рассеяния этало на; площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка; АПплощадь экрана; и - сигнал фотоприемного устройства , соответствующий рассеянному объектом потоку; 3 сигнал фотоприемного устройства , соответствующий рассеянному эталоном потоку; (Л UQ- сигнал фотоприемного устройства , соответствующий полному потоку освещающего пучка; и сигнал фотоприемного устройства , соответствующий суммарному потоку рассеянного объек том и рассеянного неэкранируемого объектом света; U; - сигнал фотоприемного устройства , соответствующий потоку с затенением части пучка 4 экраном известной площади 1Х , П U:)- сигнал фотоприемного устрой05 ства, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 3 у С 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1<И 1ЦН,-u,)

/ Д, О Цв где

Il

Оц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3621286/18-25 (22) 20.05.83 (46) 07.10.84. Бюл. К - 37 (72) Г.К. Холопов, А.К. Павлюков и Н.H. Копылов (53) 535.36(088.8) (56) 1. Патент СИА Р 3327583, кл. С 01 N 21/48, опублик. 1967.

2. Тиходеев П.N. Световые измерения в светотехнике. N.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 369 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАССЕЯНИЯ ОБЪГКТОВ СЛОЖНОЙ ФОРИЫ, заключающийся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым пучком, измеряют полный световой поток этого пучка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности измерений, дополнительно измеряют суммарный поток рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света и суммарный поток рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света при их освещении тем же пучком, а коэффициент рассеяния объекта рассчитывают по формуле коэффициент рассеяния эталона; площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка; площадь экрана; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рассеянному объектом потоку; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рас19 сеянному эталоном потоку; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий полному потоку освещающего пучка; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного объек том и рассеянного неэкранируемого объектом света; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий потоку с затенением части пучка экраном известной площади

A>, сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света.

111749б

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

Известен способ измерения коэффи- 5 циентов рассеяния объектов, использующий измерение в фотометрическом шаре (1) .

Недостатком этого способа является невозможность определения оптических характеристик объектов сложной формы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения коэффициентов рассеяния объектов сложной формы, заключающийся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым 20 пучком, измеряют полный световой поток этого пучка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния (2) .

Недостатком известного способа является наличие операции перестановки поворотного устройства с повторным выставлением нулевого положения объекта и с последовательной пере- 30 ориентацией его в одних и тех же угловых положениях, что усложняет и удлиняет процесс измерений за счет погрешностей выставления и переориентации объекта. Кроме того, при измерениях площади проекции объектов возможно попадание бликов от элементов объекта, соответствующих скользящему отражению освещающих его лучей, на светособирающую поверхность 40 (внутрь фотометрического шара), что снижает точность измерений и приводит, как правило, к заниженным значениям площадей проекций. Нанесение же на поверхность объектов (во избежание появления бликов) черного глубокоматового покрытия усложняет измерения и по ряду причин не всегда возможно

Цель изобретения — упрощение спо- 50 соба и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициентов рассеяния объектов сложной формы, заключающемуся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым пучком, измеряют полный световой поток этого пуч" ка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния, дополнительно измеряют суммарный поток рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света и суммарный поток рассеянного эталоном и неэкранируемого эталоном света при их освещении тем же пучком, а коэффициент рассеяния объекта рассчитывают по формуле

e„(u, u Ио„ip>- (u,-u, U,--u, где — коэффициент рассеяния этало3 на;

А — площадь проекции эталона в

Э плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка;

Ап — площадь экрана;

0о — сигнал фотоприемного устройства, соответствующий полному потоку освещающего пучка;

0 — сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рассеянному объектом потоку; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света;

b,— сигнал фотоприемного устройства, соответствующий pacl сеянному эталоном потоку; сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света; 1п- сигнал фотоприемного устройства, соответствующий потоку с затенением части пучка экраном известной площади

А,.

На чертеже схематически изображен один из возможных вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ.

Фотометрический шар 1 снабжен поворотным устройством 2, предназначенным для установки внутри шара (вблизи его центра} исследуемого объекта

7496

10 (3) (4) О= КбАЕ з 111 (или эталона рассеяния) 3 с возможностью изменения его угловой ориентации в пространстве. В качестве эталона рассеяния применена высокоотражающая зеркальная сфера известного радиуса и коэффициента рассеяния. Шар имеет два диаметрально противоположных отверстия 4 и 5. Отверстие 4 служит для введения в шар коллимированного пучка света от осветителя 6.

Отверстие 5 имеет размеры больше сечения пучка света осветителя и пред назначено для выведения из шара той части потока освещающего пучка, которая проходит мимо освещаемого тела.

Это отверстие может закрываться заглушкой 7, имеющей на внутренней стороне белое диффузное покрытие, идентичное покрытию стенки шара. За отверстием 8 в стенке шара расположено фотоприемное устройство 9, которое визирует белый диффузный экран 10, расположенный так, что его поверхность, обращенная к фотоприемному устройству, не освещается прямыми лучами, отраженными как от освещаемого тела 3, так и от заглушки 7 при закрытом отверстии 5. В пучок осветителя 6 может вводиться непрозрачный экран 11, площадь которого известна и меньше площади сечения пучка.

Измерения осуществляют следующим образом.

Устанавливают на поворотном устройстве 2 эталон рассеяния, снимают заглушку 7 с отверстия 5 в стенке шара 1 и, освещая эталон через отверстие 4 параллельным пучком света от осветителя б, измеряют сигнал 03 на выходе фотоприемного устройства

9. Этот сигнал в силу линейности фо40 топриемного устройства 9 пропорционален потоку рассеянного эталоном света и связан с ним зависимостью пучка, прошедшему на внутреннюю поверхность заглушки 7 в стенке шара мимо эталона, т.е. неэкранированному эталоном потоку освещающего пучка.

При этом сигнал (1 на выходе фотоЭ приемного устройства определяется выражением эE + K E(Aî А ) (2) где К и К вЂ” коэффициенты пропорциональности при измерениях с закрытым заглушкой выходным отверстием в шаре (К вЂ” при рассеянии потока от этало2 на или объекта, расположенных вблизи центра шара, К вЂ” при рассеянии потока от внутренней поверхности заглушки, расположенной в стенке шара).

После этого эталон заменяют на исследуемый объект, устанавливают с помощью поворотного устройства 2 необходимое его угловое положение в пространстве и с закрытым заглушкой

7 отверстием 5 измеряют сигнал И на выходе фотоприемного устройства 9.

Этот сигнал равен сумме двух сигналов, один из которых пропорционален потоку, рассеянному поверхностью объекта, а второй — потоку, прошедшему на поверхность заглушки в стенке шара.

При этом сигнал 0 определяется выражением

О КфAE + K E(Aî А) После этого заглушку 7, закрывающую отверстие 5, вновь снимают и без изменения положения объекта измеряют сигнал И на выходе фотоприемного устройства. Этот сигнал пропорционален потоку, рассеянному объектом, и определяется выражением

О =К,б,АЕ, 45 где К„ — коэффициент пропорциональности при измерениях с открытым отверстием 5 в шаре.

I 50

После этого измерения закрывают заглушкой 7 выходное отверстие 5 в шаре и измеряют сигнал Оэ . Этот сигнал в силу аддитивности фотоприемного устройства равен сумме двух сигна- 55 лов, один из которых пропорционален потоку, рассеянному поверхностью эталона, а второй — потоку освещающего (Оба эти измерения (u и 0 ) повторяют при дРугих угловых ориентациях объекта в пространстве относительно осветителя 6, изменяемых и фиксируемых с помощью поворотного устройства 2.

По окончании измерений с объ ктом его снимают с поворотного устройства и при закрытом заглушкой отверстии

5 измеряют сигчал 0> от полного потока коллимированного освещающего пуч- ка. Затеи часть пучка коллимированного осветителя затеняют экраном 11 известной площади Ап и измеряют сиг1117496

"о= K "Ао

U =-- К Е(A -А ) о П нал (1 который пропорционален потоЭ ку, прошедшему мимо экрана 11. При этом соответствующие сигналы определяются въ ражениями

Система шести независимых уравнений (1 — 6) содержит шесть неизвестных величин: К1, К2, К3, А, A и 6 и разрешима относительно искомой величины

6 (а также Л).

Пример. На установке, содер- l5 жащей фотометрический шар диаметром

600 мм, коллимированный осветитель с угловъгм расхождением лучей 32 угл, мин. и .полезной апертурой диаметром

80 мм, фотоприемное устройство на ба- 2О зе ФЭУ-71, измерялись угловые завис=-мости коэффициентов рассеяния б и площадей проекции A в функции угла с между осью конуса (считая от его вершины) и направлением на осветитель. Б качестве эталона использова-лась зеркальная сфера диаметром 45 мм (А = 15,9 см и 6 = 0,950), В качестве экранов использовались три квадратные пластины площадью Лл„= 9, ЗО

А = 16 и A = 25 см . Б числе иссле-. п>= 0 дуемых образцов были конусы из сплава Д16 AT с диаметром основания

59,5 мм и высотой 61 мм, поверхность одного из них полирована, второго— покрыта алюминиевой пудрой, третьего — покрыта белой диффузной эмалью

AK-512, В результате измерений полу— чены следующие значения сигналов: ( для эталона Ц > = 341 мВ, U = 820 мВ; „ для экранов Од = 638 мВ, IJ = 481 мВ, 1 т

U>> = 271 мВ; для полного потока

"a = 868 мВ.

Для исследуемого образна, например, о при ((= 80 си — íHà ë hû сoоoсoтtавили: для полированного конуса (! = 336 мВ и

Ц = 720 мВ; для кону(а, покрытого алюминиевой пудрой, U = 352 мВ и

IJ --- 733 мВ; для конуса, покрытого

I эмалью ЛК-512, g = 390 мВ и U — 777 мВ, По этим данным при усредненном по трем экранам значении величины (IJ — 11.)/А = 24,5 мВ/см полу--1ень! следующие значения площадей проекций Л и коэффициентов рассеяния (. цля полированного конуса А

19,75 см, 4 = 0,754; для покрытогo алюминиевой пудрой А = 19,88 см2, 6 = 0,785; для покрытого эмалью

AK-512 А =- 19,64 см, 4 = 0,880 °

При этом расчетное значение площади проекции конуса 20,35 см . Полученные результаты показывают высокие воспроизводимость (погрешность воспроизведения плошки проекции меньше 1%) и точность результатов измерений (poгрешность измерения площади составила величину порядка

3%).

Использование предлагаемого способа измерений коэффициентов рассеяния объектов обеспечивает следующие преимущества.: не требуется переста— вовки поворотного устройства с установлепным на нем объектом; не требуется последовательной двукратной установки объекта и воспроизведения од и тех же его угловых положений относительно осветителя; измерения сечения рассеяния и площади проекции объектов осуществляются выполнением единой серии операций, а не раздельно, как в известном методе; не требуется чернения и матирования поверхности объекта.

1117496

Составитель В. Калечиц

Редактор С. Лыжова Техред Л.Микеш Корректор М, Леонтюк

Заказ 7187/26 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", -г. Ужгород, ул. Проектная, 4