Способ определения спектрального коэффициента яркости

 

Изобретение относится к области спектрофотометрии и может быть применено для измерений спектрального коэффициента яркости конструктивных и оптических материалов, а также для аттестации стандартных образцов по спектральному коэффициенту яркости и спектральному коэффициенту диффузии отражения в инфракрасной области. Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра. Способ основан на измерении коэффициента яркости образца при диффузном освещении. Новым в способе является исключение систематической погрешности , обусловленной собственным тепловым излучением образца за счет дополнительньк измерений сигналов яркомера при диффузном освещении его от дополнительного осветителя с малой яркостью излучения. 2 ил. 9 (Л

СОЮЗ СОЮЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 J 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4253272/24-25 (22) 23.03.87 (46) 30.10.88. Бюл, У 40 (72) Ю.В. Иванов, В.И. Квочка, О.A. Минаева, A.Ê. Мкртчян, М.С. Козинцев и В.В. Кожевников (53) 535,24(088.8) (56) Гуревич М.M. Фотометрия. Теория, методы и приборы. - Л.: Энергия, 1983, с. 77-79.

Отчет по НИР/ГОИ им. С.И, Вавилова, 1986, У НГ12-412-81/.16С-01-81, Инв. Ф 4859. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ЯРКОСТИ (57) Изобретение относится к области спектрофотометрии и может быть применено для измерений спектрального

„„SU„„1434274 А 1 коэффициента яркости конструктивных и оптических материалов, а также для аттестации стандартных образцов по спектральному коэффициенту яркости и спектральному коэффициенту диффузии отражения в инфракрасной области, Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра.

Способ основан на измерении коэффициента яркости образца при диффузном освещении. Новым в способе является исключение систематической погрешности, обусловленной собственным тепловым излучением образца за счет дополнительных измерений сигналов Я яркомера при диффузном освещении его от дополнительного осветителя с малой яркостью излучения. 2 ил.

С:

1434274

Изобретение относится к спектрафатаметрин и предназначена для измерений спектрального коэффициента яркости конструкционных и оптических материалов, а также для аттестации стандартных образцов па спектральному коэффициенту яркости и спектральному коэффициенту диффузного отражения в инфракрасной области спектра. 10

Цель изобретения — повышение точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра за счет исключения погрешности, обусловленной собственным излучением об- 15 разца.

На фиг. 1-2 показаны схемы установки для реализации способа при использовании сферических диффузных излучателей.с температурой Т и Т . !

Установка состоит из сферического осветителя 1, держателя 2 образца, установленного в. центре сферического осветителя 1, яркомера 3, который может занимать положение, при котором ан визирует поверхность сферического ! осветителя 1..Яркомер состоит из объектива, создающего изображение фотометрической поверхности на фотоприемнике 4 с монохроматической чувст-! вительностью. Кроме того, в состав установки входит еще один сферический осветитель 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают образец в держателе образца первого сферического осветителя 1, нагревают его до температуры

Т, устанавливают яркомер в положение

Б, в котором он визирует участок поверхности образца в направлении А через отверстие в сферическом осветителе 1, измеряют сигнал яркомера

Л (Л). устанавливают яркомер в положение В, при котором яркамер визируют на участок равнояркой поверхности 45 сферического осветителя 1 и измеряют при этом сигнал яркомера J (9). Затем помещают образец 2 в держатель образцов второго сферического осветителя

5, устанавливают значение его темпе- 50 ратуры поверхности Т, меньше, чем Т, а еще лучше — меньше, чем температура образца Т . Устанавливают яркомер в положение Г, в котором он визирует участок поверхности образца в направ- 55 ленин А через отверстие в сферическом осветителе 5, измеряют сигнал яркомера J (). Устанавливают яркомер в полажение Д, при катаром яркомер визирует участок равнаяркой поверхности сферического осветителя 5 и измеряют при этом сигнал 3 4(Л). On" ределяют коэффициент яркости образца в направлении А при диффузном освещении из соотношения

«J (ъ) — J,(л) (л) — J,(л) физическая сущность изобретения заключается в следующем. Коэффициент яркости образца Р, в направлении

A (при освещении в направлении С) равен .отношению яркости L образца д в направлении А и яркости идеального рассеивателя, освещаемого тем же потоком излучения, что и образец. Под идеальным рассеивателем понимают поверхность такого воображаемого тела, которое отражает IOGX падающего на него потока излучения, причем яркость его Lo во всех направлениях одинакова, т.е. согласно определению коэффициента яркости

1 =

А 1 (1) с о

8"где 6 — коэффициент яркости образ с ца в направлении А, при освещении его в направлении С.

Пусть участок образца находится в условиях идеального диффузного освещения, а это означает, что спектральная плотность энергетической яркости освещающего образец излучения во всем спектральном диапазоне и во всех направлениях строго одинакова, следовательно, такова же и яркость идеального рассеивателя, помещенного на место образца. Таким образом, если сформировать диффузный облучающий поток на. образце, то измерение отношения яркостей облучающего диффузного потока L и отраженного поA о тока L< в направлении А дает значение коэффициента яркости

А

Д () о где индекс d при коэффициенте означает диффузное освещение образца.. т,е., если измерить яркомером сигнал я

J,(%) пропорциональной яркости LÄ(e) образца в направлении А, ссвещаемого диффузным осветителем с температурой

Т, и измерить сигнал яркомера 3 (Л) 1434274 (10) 10

50 и яркость диффузного осветителя

Ь „(Л, Т), то сигнал

З,() = КЬ,(Я), (3)

5 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии яркомера и его чувстви тельности.

Сигнал

Л (e) = К Ь (Я, Т). (4) Отсюда (%) Ь,) (Я)

А (5) t5

J (Ъ) Ь (Ъ, т)

Однако выражение (3) является приближенным, так как относится к случаю, когда образец не излучает, что справедливо только тогда, когда абсолютная температура образца То равна О. В том .случае, когда Т„ Ф О, сигнал J<(g) яркомера зависит как от собственного излучения образца, так и от излучения, отраженного от 25 образца

>, (»). = К(Ь (», T) +>) Ь,(», »)), (6) rpe L (%, T) =К Ь (%, Т. ) описывает 30

А Д а б» о яркость за счет излучения образца, A имеющего температуру Т ; oL — коэффициент поглощения (или излучения) согласно закону излучения нагретого тела; Ь (%, Т,) — яркость излучения абсолютно черного тела с температурой Т .

Таким образом

J<() ь "(т )

А 2 +р> (7)

J,(Ъ) Ь.(а,т ) -4 40

Ь «(2, T,.)

При То ф 0 член вЂ,- - ) отличен от

О нуля и описывает систематическую погрешность коэффициента . Исключить

4 эту систематическую погрешность позволяют дополнительные операции измерений сигналов J>(9(), J4()>) по предлагаемому способу.

Действительно, сигнал яркомера

J+(q) пропорциональный яркости образца, освещаемого диффузным осветителем с температурой T> (Т, равен з,(») = к(ь (», т.) +>>"L (», T, > (8)

Сигнал J (%), пропорциональный яркости диффузного осветителя с температурой Т, равен

Л,(A) = К L,(à, Т,), (g)

Из соотношений (6) и (8) следует

),(»» —,(») = к(ф,(», х> — >.,(», т, ))) Из соотношений (4) и (9) следует

J<(>) — 1,(A) = К Ь, (, т )— — ).,(», х, >). (11) Отсюда иэ выражений (10) и (11) следует

1; И) — З (%) (12)

2.() 4 ()

Выражение (! 2) представляет собой коэффициен г яркости /3 ) образца, не искаженный систематической погрешностью, обусловленной собственным излучением образца. Для того, чтобы погрешность определения разностей сигналов Х,(%) — Л (Ф) и J (Л) — J4(%) быпа как можно меньше, температура T. должна быть меньше Т, а еще лучше, если Т, Т (Т вЂ” температура образца).

Из выражения (7) видно, что систематическая погрешность определения коэффициента яркости измерения особенно велика, если температура образца То высока и близка к температуре диффузного осветителя Т, а коэффициент яркости много меньше единицы.

В этом случае систематическая погрешность определения р может достигать

100Х и более.

Пример. Пусть для реализации способа:используется установка, показанная на чертеже. В качестве сферического диффузного излучателя с температурой Т = 1000-1100 К может быть применена замкнутая теплоизолированная сферическая полость, а в качестве диффузного излучателя с Т

77 К может быть применен сферический сосуд, заполненный жидким азотом, при этом оба диффузных излучателя помещены в вакуумный объем, яркомер имеет зеркальный объектив и монохромотор для выделения длины волны Я

20 мкм.

1. (Т) = — - т

2kC

% (f4) где С вЂ” скорость света, k — постоянная Больцмана.

Согласие с точной формулой Планка для Я = 20 мкм и температур T

300 К и Т = 1000 К лучше 5Х.

Подставив соотношение (14) в соотношение (13) имеем

30 а = — — — - = 660Х, Т 100Х

Т 0,05 т.е. составляющая погрешности измерений составляет 660Х.

Предлагаемый способ позволяет ис-. ключить эту составляющую погрешности.

Таким образом, предлагаемый способ определения спектрального коэффициента яркости позволяет значительно по40 высить точность его определения.

1434274

Пусть измерения / С1 проводятся при

В комнатной температуре, Т, = 300 К, а значение = 0,05.

Погрешность измерения

L (9 Т,) 100X Lo(% Т )

Ь,(Э Т) Т.,(% т) о

L---- -(f3) р

При оценке погрешности можно считать, что диффузные источники излучения излучают как черное тело с .температурой Т, а образец как черное тело с температурой Т (так как коэффициент излучения образца 0,95).

Для оценки погрешности на Я =

20 мкм излучение диффузного источника при температуре Т и образца при температуре Т можно воспользоваться формулой Релея-Джинса

20 формула и з о б р е т е н и я

Способ определения спектрального коэффициента яркости, заключающийся в том, что освещают образец в телесном угле 2 к диффузным потоком излучения от равнояркого источника с температурой Т, измеряют сигнал J,(Ý) на длине волны Я, пропорциональный яркости поверхности образца в направлении А, измеряют сигнал J<(g?, пропорциональный яркости освещающего образец равнояркого источника в том же телесном угле, и определяют значение коэффициента яркости P ""(} образца в направлении А при диффузном освещении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра за счет исключения погрешности, обусловленной собственным излучением образца, дополнительно измеряют сигнал 3 (g) пропорциональный яркости образца в направлении А, освещаемого в теле-сном угле 2 и равноярким дополнительным источником с температурой Т, причем TI(Т, дополнительно измеряют сигнал 3 (%), пропорциональный яркости дополнительного равнояркого источника с температурой Т< в том же телесном угле, а значение коэффициента яркости образца в направлении

Л при диффузном освещении определяют из соотношения: ,„4 л,{ ) — J (в? " d л (s) — л (а?

1434274

Д /

9 ОсЗииииВ д нОТ1 5

Фие. 2

Составитель Н. Стукова

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Редактор Л. Пчолинская

Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5546/43

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, ч