Способ определения показателя преломления материала

 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материала. Цель изобретения - расширение класса исследуемых материалов. а именно обеспечение исследования рассеивающих материалов с шероховатой поверхностью. Материал освещают направленным линейно поляризованным монохроматическим потоком, регистрируют интенсивности отраженного излучения. При этом материал помещают поочередно в две среды с различными показателями преломления, измеряют коэффициенты яркости материала в каждой среде в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к освещающему потоку, а вычисление показателя преломления выполняют из уравнения, связывающего измеренные значения коэф- Q фициента яркости с отношением френелевских коэффициентов отражения материала в двух указанных средах. 1 табл. (/ С

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1642334

А1 (э))5 6 01 И 21/43

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 t ) 4635318/24-25 (22) 13.01. 89 (46) 15.04.91. Бюл. М 14 (72) M.JI. Варшавчик и Р.А. Комовкина (53) 535.24(086.8) (56) Гуревич М.М. и др. Оптические своиства лакокрасочных покрытий. Л.:

Химия, 1984, с. 40-41.

Лейкин M.Â, и др, Отражательная

;рефрактометрия. JI.: Машиностроение, 1983, с. 25. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано дпя определения показателя преломления материала. Цель изобретения — расширение класса исследуемых материалов.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материалов.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых материалов, а именно обеспечение исследования рассеивающих материалов с шероховатой поверхностью, например лакокрасочных покрытий.

Способ осуществляется следующим образом.

Освещают исследуемый материал направленным линейно поляризованным моно2 а именно обеспечение исследовация рассеивающих материалов с шероховатой поверхностью. Материал освещают направленным линейно поляризованным монохроматическим потоком, регистрируют интенсивности отраженного излучения, При этом материал помещают поочередно в две среды с различными показателями преломления, измеряют коэффициенты яркости л атериала в каждой среде в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к освещающему потоку, а вычисление показателя преломления выполняют из уравнения, связывающего измеренные значения коэф-

<Я фици е нт а яркости с отношением фр енелевских коэффициентов отражения материала в двух указанных средах.

1 табл. С хроматическим потоком, При этом матеСл риал помещают поочередно в две среды с различными показателями преломления, например в воздух и в воду, после регистрации интенсивности отраженного материалом излучения определяют коэф-. фициенты яркости материала в каждой среде в фиксированном направлении, лежащем в центральной части индикат- . рисы рассеяния, например, проходящем через максимум индикатрисы рассеяния, при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, затем

1642334 яют угол между напр авл ениями обия и наблюдения. 11оказатель пре ния и вычисляют из уравнения измер лучен ломле

P (n n 8) / 1 — Я

PR + Я О (2И P Rl где п1, и 2 — показатели преломления первой и второй сред;

9 — локальный угол падения, 10 равный половине угла межцу направлениями облучения и наблюдения;

l li коэффициент яркости материала при расположении g материала в первой среде с показателем преломления и и приеме на поля1 ризации, параллельной поляризации падающего потока;

/3 коэффициент яркости ма11 териала при расположении материала в первои среде с показателем преломле- > ния n . .и приеме на поляризации, ортогональной поляр изации падающего потока; коэффициент яРкости ма- 3р териала при расположении материала во второй среде с показателем преломления п и приеме на поляризации,. параллельной поляризации падающего потока;

1 — коэффициент яркости ма2Д териала при расположении материала во второй сре- 0 де с показателем преломления и и приеме на по2 ляри 3 аци и, ор то г о и аль ной поляризации падающего потока; 45

pl(n п1 Q) 2 2 (n,n<, Q) — френелевские коэффициенты отражения (энергетические) от поверхности материала в первой и зО .второй средах соответственно.

Дпя освещающего потока, поляризованного, например, перпендикулярно плоскости падения, г

Cos 9 -(-- — Sin 8 ) и !2 п2.

P,(n,n,, g ) и

Cos 9 +(— — Sin 9) п

1 — 1,2. (2) Внешняя составляющая рассеянного лучистого потока формируется шероховатои поверхностью материала, которую можно представить в виде совокупности плоских фацетов, ориентированных под различными углами. Размеры фацетов существенно превышают длину волны оптического излучения, так что дифракционные эффекты пренебрежимо малы и отражение излучения от каждого фацета описывается формулами Френеля, связывающими коэффициент зеркального отражения с показателем преломления и локальным углом падения. Внешняя составляющая потока. в каком-либо направлении формируется только теми фацетами, нормаль к которым совпадает с биссектри- сой угла, заключенного между направлениями на излучатель и приемник, так что локальный угол падения излучения на фацеты равен половине угла между направлениями на излучатель и приемник.

На внешнюю составляющую рассеянного лучистого потока накладывается внутренняя составляющая, обусловленная рассеянием излучения толщей материала. Интенсивность этой составляющей зависит не .только от структуры материала, но и от показателя преломления и шероховатости поверхности материала, а также от угла падения.

Внутренняя составляющая рассеянного лучистого потока неполяризована, а внешняя составляющая полностью поляризована и сохраняет поляризацию падающего потока, если падающий поток поляризован перпендикулярно или -параллельно плоскости падения, Отсюда следует, что, во-первых, при облучении материала линейно поляризованным лучистым потоком внешняя составляющая коэффициента яркости, характеризующая .внешнюю составляющую рассеянного потока, может быть определена как разность Р Я коэффициентов яркости „, / при приеме на параллельнои и ортогональнОй поляризациях по отношению к поляризации падающего потока и, во-вторых, индикатриса внешней составляющей коэффициента яркости не зависит от отношения показателей преломления поверхности материала и среды, в которую помещен материал. Следовательно, если

164233 ломления n<, n < и определить внешние составляющие коэффициентов яркости

5 для обо их сл уча ев p l ll— (211 — (2 при постоянных углах паде- ния и наблюдения, то отношение этих внешних составляющих будет равно отношению френелевских коэффициентов от- .1О ражения материала, что приводит к формуле (1). Погрешность определения показателя преломления поверхности материала из (1) будет тем меньше, чем больше разности коэффициентов яркости

PlU all Phyll P2J q и поэтому этой точки .-: р ен -is следует устайавливать приемник ближе к максимуму индикатрисы рассеяния, 1I р и м е р. Для определения показателя преломления поверхности лако— красочного покрытия (ЛКИ), нанесенного на плоскую пластину, на длине волны 0,63 МК1 использовали гонифотометр с регулировкой поляризации на излучение и на прием. На поворотный столик гониофотометра установили цилиндрическую кювету с прозрачными стенками. В кювету поместили исследуемую пластинку так, чтобы вертикальная ось кюветы, 30 совпадающая с осью поворотного стола, проходила через исследуемую поверхность ЛКП. Осветили ЛКП монохроматическим пучком света на длине волны

0,63 мкм. Угол падения устансвили рав- у5 ным 45 . Поляризацию падающего потока установили перпендикулярно к плоскости падения (плоскость падения перпен— дикулярна оси кюветы). Разместили приемник в плоскости падения так, чтобы 4О угол между направлениями на излучатель и приемник был равен 90, при этом лоо кальный угол падения будет равен

8 = — — = 45

2 45!

В рассматриваемом примере результаты измер ений таковы: (3, „= 0,68; (?) = 0,13 3 „= 0,211 P = 0,12

Вычислили по формуле коэффициентов отражения

61-6 Р1—

Р2 /2L PQ(i а., = 0,85: 1 = O,8O.

{1) отношение

0 68-0 13 0 90 — — ° я»-- 5 8

0,21-0,12 0 85 и 1,49 1,50 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56 1,57 1/ 8,50 7,87 7 31 6 85 6,44 6,08 5,76 5,48 5 22

n — пл 1 55-1 52

100 = 100=2X п„1, 52

Формула из о брeт eни расположить материал поочередно в двух прозрачных средах с показателями пре.i из которои при р / tJ< — 5,8 получили

tl = 1,55г

В исследованном ЛКП связующим служила пентафталевая смола, которая, согласно литературным данньж, имеет показатель преломления п = t,52. Отличие измеренного значения показателя преломления от значения п составляет

4 6

Для пустой кюветы с ЛКП измерили коэффициенты яркости на паралле;п,ной н ортогональной нолярняняняя Ъ, л I

Поскольку ьеличины Р <<,, отличаются от действительных значений коэффициентов яркости ЛКП в воздухе л„, то необходимо знать коэф ц я г1 р фициент пропускания пустой кюветы (этот коэффициент пропускания измерили заранее при аттестации кюветы).

Теперь в кювету налили воду и измерили коэффициенты яркости ф, этой кюве-.ы с расположе: ным в ней ЛКП на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к поляризации г падающего потока. Величины отличаются от действительных значений коэффициентов яркости в воде Pi2ll, Я 22 ввиду отличия от единицы коэффициента пропускания кюветы с водои

{коэффициент Ь измерили заранее л при аттестации кюветы) .

Воспользовались табличной зависимостью отношения p / 122 от величины и в соответствии с (2) при и < = 1, n2= 1,33, в = 45

Способ определения показателя преломления материала, включающий освещение материала линейно поляризован1642334

Р1 (n n< 9) 8 Rli 51!.

r л. ) (пэп » 8 ) (((я1

25 показатели преломления первой и второй сред; 3О (),(n,n угол падения освещающего я (n,n потока на материал; коэффициент яркости материала при расположении материала в первой среде с показателем преломления где и<, п — (, 9),, 9) -френелевские энергетические коэффициенты отражения от поверхности материала в первой и второй средах соответственно.

Составитель Ю. Гринева

Техред Л.Олийнык Корректор Н, Муска

Редактор М, Циткина

Заказ 1142

Тираж 413

Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ным в плоскости падения или перпендикулярно плоскости падения монохроматическим потоком, регистрацию интенсивности отраженного материалом излучения

) в направлении зеркального отражения и вычисление показателя преломления материала, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых материалов эа счет обеспечения исследования рассеивающих материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием, освещают материал, помещаемый поочередно в две среды с различными показателями преломления, после регистрации интенсивности отраженного материалом излучения определяют коэффициенты яркости .материала в каждой среде при регистрации интенсивности на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляри-; зации освещающего потока, а показатель преломления п вычисляют из уравнения и и регистрации на поляf ризации, параллельной поляризации падающего потока; — коэффициент яркости матеll риала при расположении материала в первой среде с показателем преломления п< и регистрации на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока; коэффициент яркости мате2. и риала при расположении материала во второй среде с показателем преломления и и регистрации на поляризации, парацлельной поляризации падающего потока; — коэффициент яркости матеЯ1 риала при расположении материала во второй среде с показателем преломления и< и регистрации на поля ри зации, ортогональной поляризации падающего потока;