Способ определения оптических потерь в веществе

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к спектрофотометрии для видимой и ближней инфракрасной области спектра, предназначенных для измерения низких оптических потерь, и может быть использовано для контроля качества при производстве особо чистых жидкостей и оптических стекол. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента пропускания излучения . Оптические потери исследуемого образца рассчитываются на основе измерений разности фототоков в измерительном и компенсационном каналах при последовательной установке в измерительный канал образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному измеряемому коэффициенту пропускания образца исследуемого вещества без ослабителя (при его выведении из канала), и образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и втором измерениях, а искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по формуле г (n3-ni)/(n2-ni)(1 - т с)1 + т с ,где гп,п2,пзотсчеты по первому, второму и третьему измерениям соответственно; г с - коэффициент пропускания ослабителя . 1 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 J 3/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

iЫ ЗЯБ ..

Е ЙЬя.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4177532/63 (22) 12.01.87 (46) 07.12.91. Бюл, N 45 (72) С.Ю.Герасимов (53) 535.853(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 735932, кл, 6 01 J 1/04, 1980, Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников, — M,: Наука, 1977, с. 67.

Стекло оптическое бесцветное, метод измерения показателя ослабления для источника типа А. ГОСТ 3520 — 84, 1984, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ВЕЩЕСТВЕ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к спектрофотометрии для видимой и ближней инфракрасной области спектра, предназначенных для измерения низких оптических потерь, и может быть использовано для контроля качества при производстве особо чистых жидкостей и оптических стекол, Цель изобретения = повышение точности опредеИзобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к спектрофотометрии для видимой и ближней инфракрасной областей спектра, предназначенной для измерения низких оптических потерь, и может быть использовано для контроля качества при производстве особо чистых жидкостей и оптических стекол, Известен способ определения коэффициентов пропускания и ослабления светового излучения с помощью спектрофотометра

СФ вЂ” 26 с приставкой СЛΠ— 1 для измерения малопоглощающих веществ с показателем преломления, существенно отличным от единицы (1). Искусственный образец устанавливают в камеру с попеременно устанав„, SU ÄÄ 1696895 А1 пения коэффициента пропускания излучения. Оптические потери исследуемого образца рассчитываются на основе измерений разности фототоков в измерительном и компенсационном каналах при последовательной установке в измерительный канал образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному измеряемому коэффициенту пропускания образца исследуемого вещества без ослабителя (при его выведении из канала), и образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и втором измерениях, а искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по формуле C = (пз-п )/(п2-п1)(1т,) + r,,где п1,п2,пз - отсчеты по первому, — 1 О второму и третьему измерениям соответственно; т с — коэффициент пропускания ослабителя. 1 ил. ливаемыми сферическими зеркалами, освещают направленным монохроматическим светом, а прошедшее через образец световое излучение измеряют с помощью фотоприемных устройств, снабженных системой измерения фототоков.

Основная погрешность измерения коэффициента пропускания СФ-26 с приставкой СДΠ— 1 составляет 1%, что при использовании образцадлиной 25см позволяет определить коэффициент ослабления с погрешностью +1 -10 см . Оптические потери в особо чистых стеклах составляют величину 10 см и менее, что не позволяет использовать данный способ для определения коэффициентов пропускания и оспа6пения в этих материалах.

1696895

20

Известен способ определения коэффициентов пропускания и ослабления, в котором используется двухканальный компенсационный спектрофотометр для измерения малых показателей ослабления (2), Световой поток от источника свет (лазера) через полупрозрачное зеркало разделяют на два потока, поступающие каждый соответственно в измерительный и компенсационный каналы, при этом в измерительный канал помещается исследуемый образец, а в компенсационном канале устанавливается ирисовая диафрагма или жидкостный фильтр, Из каждого канала излучение направляют на фотоприемные устройства, встроенные в фотометрические шары, При отсутствии в измерительном канале образца достигается равенство потоков излучения в каждом канале, при помещении измерительный канал образца возникает разностный сигнал фототоков на выходе усилителей каждого фотоприемника.

Данный способ, как и (1), имеет погрешности, соизмеримые с величиной 10 см ввиду малого разностного сигнала на выходе усилителя блока измерения фототоков при измерении низких оптических потерь, Наиболее близким к предлагаемому способу является способ с использованием фотометра ФМ вЂ” 94M, который включает осветитель с набором интерференционных светофильтров, измерительный и компенсационный оптические каналы, набор калиброванных двухступенчатых секторных ослабителей, фотоприемники. встроенные в фотометрические шары, блок измерения фототоков (3). Приемники излучения обоих каналов расположены с двух сторон осветителя и присоединены к измерительному блоку так, что он измеряет разность фототоков, обусловленную различием световых потоков в этих каналах. Погрешность определения спектрального показателя ослабления составляет 2 10 см

Однако в известном способе не удается в достаточной степени устранить погрешность измерений, так как эта обуславливается тем, что в процессе измерений в измерительном канале последовательно устанавливаются исследуемый образец и два разных секторных двухступенчатых ослабителя, отличающихся один от другого величиной пропускания излучения. Зто не позволяет уменьшить величину раскомпенсации фототоков в каналах ниже, чем разность коэффициентов пропускания двух разных ослабителей (не менее 10;4 для Ф H-94M), что ограничивает точность получаемых результатов, Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента пропускания излучения.

Согласно способу в рабочем канале осуществляют три измерения, первое из которых производится при наличии в канале образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя. коэффициент пропускания которого равен минимальному значению измеряемого коэффициента пропускания, второе измерение — при выведенном из канала ослабителе, а третье измерение — при наличии в канале образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и втором измерениях, при этом искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по математической формуле.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содер>кит расположенные по ходу луча света осветитель 1 монохроматического излучения, светоделительный элемент 2, установленные в измерительном канале 3 секторный аслабитель 4, держатель 5 образцов с коротким 6 и длинным 7 образцами исследуемого материала, первгяй фотоприемник 8, встроенный в фотометрический шар, установленные в измерительном канале 9 регулируемую диафрагму 10 и второй фотоприемниK 11. Первый 8 и второй 11 фотоприемники 11

I соединены электрической связью с блоком

12 измерения фототоков, на оптические каналы установлен светозащитный кожух 13.

Для приведения устройства в рабочее состояние подается электропитание на осветитель 1. секторный ослабитель 4, блок 12 измерения фототоков. Световой пучок выхо- дит из осветителя 1, попадает на светоделительный элемент 2, который делит Световой пучок на две, примерно равные по интенсивности части. Прямо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал

3. отраженный от полупрозрачной грани светоделительного элемента 2 пучок попадает в компенсационный канал 9. B измерительном канале световой пучок проходит секторный ослабитель 4, который находится в постоянном вращении, короткий образец

6 исследуемого материала или длинный образец 7 и попадает в окно первого фотоприемника 8. В компенсационном канале 9 световой пучок, выходящий из светоделительного элемента 2, проходит через регулируемую диафрагму 10 и попадает в окно второго фотоприемника 11. Световые сигналы преобразуются в фототоки и поступают на вход блока 12 измерения фототоков.

1696895

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают в осветителе 1 длину волны используемого излучения. В измерительный канал 3 вводят секторный ослабитель 4 и короткий образец 6. После этого с помощью ирисовой диафрагмы 10 выравнивают сигналы в измерительном 3 и компенсационном 9 каналах по показанию измерительного блока 12, снимается отсчет п!. Секторный ослабитель 4 выводится из измерительного канала, снимается отсчет

nz, Короткий образец 6 выводится из измерительного канала и вместо него вводится длинный образец 7, снимается отсчет пз.

Коэффициент пропускания материала толщиной Л1=1 - I, гдето — длина длинного образца 7: I — длина короткого образца 6, рассчитывается по формуле т = (1 — т с) + с, йз — n п2 — и! (1) где и !, nz, пз — отсчеты по первому, второму и третьему соответственно; c — коэффициент пропускания ослабителя..

Коэффициент ослабления измеряемого материала рассчитывается по формуле

P =lg — ó(— 1).

1 (2)

Для случая двухступенчатого сектора (известный) коэффициент пропускания образца рассчитывается по формуле (t z — т i) + г l, (3) где t и t z — коэффициенты .пропускания первого и второго ослабителей соответственно.

Испытания. проведенные на макете, собранном по предлагаемой схеме, с использованием методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания по формулам (1) и (3), показали, что погрешность определения

Ar коэффициента пропускания по формуле (1) уменьшена по сравнению с определением по формуле (3) в 6,6 раза и не превышает

5 величины -0,027;. Это соответствует погрешности определения спектрального коэффициента ослабления образца длиной 25

cM +.4 10 см (+ 4 дБ/км).

По сравнению с известными предлагае10 мый способ позволяет определить коэффициенты ослабления твердых и жидких материалов с низкими оптическими потерями с недоступной ранее точностью в области спектра 0,5-1.1 мкм.

15 Формула изобретения

Способ определения оптических потерь в веществе с использованием содержащего рабочий и компенсационный каналы спектрофотометра, в одном из каналов которого

20 находится ступенчатый ослабитель, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента пропускания излучения, в рабочем канале осуществляют три измерения, первое из

25 которых проводят при наличии образца исследуемого вещества и одноступенчатого . ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному значению измеряемого коэффициента пропускания, 30 второе измерение проводят при выведенном из канала ослабителе, а третье измерение — при наличии в канале образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и

35 втором иамерениях, при этом искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по формуле

ПЗ вЂ” fl г = (1 — тс) +ic. пг — и >

40 где и1, А2, n3 — отсчеты по первому, второму и третьему измерениям соответственно: т, — коэффициент пропускания ослабителя.

1696895

Составитель А.Семин

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4297 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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