Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения

 

Использование: в аналитической аппаратуре при изучении оптических свойств различных материалов в процессе воздействия на них мощных пучков электромагнитов или ионизирующего излучения, Сущность изобретения: устройстг.о содержит образец 1, на который воздействует пучок излучения 2, поляризатор 3 гибкий

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) ()! ) csi)s G 01 J 1/04, 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ и КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4811452/25 (22) 09,04,90 (46) 23.10,92. Бюл. ¹ 39 (71) Харьковский государственный университет им, А.M.Ãîðüêîãî (72) О.В.Калантарьян, С.И.Кононенко, В.И.Муратов и В,Е,Сторижко (56) Зайдель А.Н и др. Техника и практика спектроскопии. M.: Наука, ГРФМЛ, 1976, с.

142 — 143, 329.

Авторское свидетельство СССР

N. 1406452, кл, G 01 J 1/04, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТРИСЫ ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ vl

РАССЕЯНИЯ ОБРАЗЦОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НИХ ПУЧКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использование: в аналитической аппаратуре при изучении оптических свойств различных материалов в процессе воздействия на них мощных пучков электромагнитов или ионизирующего излучения, Сущность изобретения: устройстг.о содержит образец 1, на который воздействует пучок излучения 2, поляризатор 3. гибкий

1770771 световод 4, конденсорную линзу 5 и антивиньетирующую линзу 6, Установка образца

1 с возможностью вращения вокруг оси 14, совпадающей с осью пучка 2. и вокруг оси

11, совпадающей с линией пересечения, перпендикулярной оси пучка плоскости, с исследуемой плоскостью образца, размещение между образцом 1 и первым концом световода 4, поляризатора 3 с возможностью вращения вокруг оси и перемещения

Изобретение относится к аналитической аппаратуре и может быть использовано для изучения оптических свойств различных материалов в процессе воздействия на них мощных пучков электромагнитного или ионизирующего излучений.

Известно устройство для исследования оптических свойств материалов, состоящее из исследуемого источника света (образца), закрепленного в держателе, двухлинэового конденсатора, спектроанализирующего фотодатчика (состоящего из спектрального прибора и фотоприемника) и регистрирующей аппаратуры. Первая линза конденсатора проецирует излучение от исследуемого образца в плоскости второй, антивиньетирующей линзы, расположенной вблизи входной щели спектрального прибора. Последняя линза проецирует первую линзу, в плоскости входного обьектива спектрального прибора. Спектр, полученный при разложении в спектральном приборе излучения от исследуемого образца, преобразуется фотоприемником в пропорциональные спектральной освещенности электрические сигналы, которые затем поступают для обработки в регистрирующую аппаратуру fl).

Такое устройство позволяет получить достоверные данные о спектральном составе излучения от исследуемого образца, за счет получения равномерной освещенности в спектре. Недостатками известного устройства является зависимость чувствительности сп-ектрального прибора от поляризации исследуемого излучения и прием этого излучения в одном, строго выбранном направлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство для . измерения индикатрисы источника излучения, содержащее держатель источника излучения (исследуемого образца), последовательно расположенные и оптически связанные гибкий саетовод, конденсор и перпендикулярно оси световода, Установка второго конца световода 4 и линзы 5 с возможностью перемещения вдоль оптической оси конденсатора обеспечивает сопряжение оптических элементов схемы во всем рабочем диапазоне спектра и измерение спектральных индикатрис излучения различной поляризации для произвольных углов падения пучка излучения на образец 1.

2 ил, анализирующий спектр фотодатчик, связанную с фотодатчиком измерительную систему, причем ближайший к образцу конец световода установлен с возможностью по5 ворота вокруг оси, проходящей через исследуемую поверхность образца и пересекающей оптическую ось световода. под прямым углом (2)..

Кроме того. устройство содержит меха10 ническое координатное устройство. выполненное в виде снабженной механизмом перемещения вдоль трех перпендикулярных координатных осей платформы с пластиной, которая установлена с возмож15 костью вращения вокруг оси, параллельной одной из координатных осей. Первое плечо

Г-образной стойки параллельно плоскости пластины, а на втором плече этой стойки закреплен первый конец световода с воз20 можностью движения вдоль своей оптической оси. Г-образная стойка установлена на пластине с возможностью вращения вокруг оси, являющейся осью поворота конца светоаода. Эта ось перпендикулярна оси вра25 щения пластины и пересекается с ней и оптической осью световода в одной точке, совпадающей с центром торца первого конца световода. Источник излучения укрепляется в держателе, Световод, конденсор и

30 анализирующий спектр фотодатчик закрепляются на механическом координатном устройстве.

Это устройство позволяет исследовать

35 спектральные индикатрисы излучения. К.роме того, использование световода, являющегося деполяризатором, позволяет исключить ошибки, связанные со значительной зависимостью чувствительности анали40 эирующего спектра фотодатчика от поляризации исследуемого излучения.

Недостатком известного устройства является хроматичность, приводящая к дефокусировке всей оптической системы и к

45 изменению площадки, излучение с которои

1770771

10

40

55 исследуется при измерениях в некотором спектральном интервале.

Другим недостатком является необходимость совмещения торца световода с исследуемой поверхностью, что не позволяет проводить как поляризационные измерения, так и измерения оптических свойств образцов при воздействии на них пучков излучения, приходящих на исследуемую поверхность из той же полуплоскости, где расположен световод.

Целью изобретения является повышение достоверности и информативности измерений при неизменном пространственном расположении оси пучка излучения и оптической оси фотодатчика.

На фиг.1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг.2 — кинематическая схема узла вращения и перемещения поляризатора.

Устройство содержит исследуемый образец 1, на поверхность которого воздействует пучок излучения 2, поляризатор 3, гибкий световод 4, оптическую систему, состоящую из конденсаторной линзы 5 и антивиньетирующей линзы 6, которая расположена перед выходной щелью 7 ана. лизирующего спектр фотодатчика (на схеме не показан ). Кроме того, устройство содержит измерительную систему (на схеме не показана). Световод 4 и конденсаторная линза 5 изготовлены иь одного материала, а спектральные зависимости показателя преломления антивиньетирующей линзы 6 и материала линзы 5 совпадают с точностью до постоянного множителя.

Исследуемый образец 1 закреплен в держателе образца 8 так. что плоскостьдержателя образца совпадает с облучаемой плоскостью образца, являющейся источником излучения, причем держатель 8 установлен с возможностью вращения своей оси 9 в подшипнике, укрепленном на плече

Г-образной скобы 10. Ось 9 соосна геометрической оси 11, которая совпадает с линией пересечения перпендикулярной к оси пучка плоскости с плоскостью держателя образца 8, Г-образная скоба 10 крепится своим вторым плечом к оси 12 и имеет возможность вращения своей оси 12 в подшипнике, закрепленном на одной из плоскостей прямоугольного уголкового основания 13.

Ось 12 соосна геометрической оси 14, совпадающей с осью пучка 2. На второй пластине уголкового основания 13 установлена

Г-образная стойка 15 с возможностью поворота вокруг оси, совпадающей с геометрической осью 10, которая перпендикулярна оси пучка, проходит через точку пересечения оптической оси световода 17 и оси пучка излучения 2, перпендикулярно плоскости этой пластины основания. (1оноро с | ойки

15 может осуществляться при помощи подобной описанным выше паре ось — подшипник. Н8 втором плече Г-образной стойки 15 закреплен первый конец световода 4, Кроме того, соответствующие элементы кинематической схемы устройства расположены так, что оси 11,14,16 и 17 пересекаются в одной точке. На втором плече Г-образной стойки над световодом крепится держатель 18 {на фиг,1 показана только его часть) узла перемещения и вращения поляризатора 3. Кинематическая схема этого узла показана на фиг.2. На держателе 18 установлена с воэможностью вращения ось 19 с нарезным на ней винтом, на котором помещается гайка каретки 20 поляроида. Каретка 20 может перемещаться вдоль этого винта перпенди; кулярно оси 17. На каретке 20 соосно оптической оси 17 первого конца световода установлена с воэможностью вращения вокруг оси 17 полая ось 21. Внутри этой оси закреплен поляризатор 3 так. что его оптическая ось совпадает с осью 17. Возможность вращения оси 21 обеспечивается за счет кинематическай пары червячное колесо 22 — червяк 23. Червячное колесо 22 закреплено соосно на полой оси 21, а червяк

23 установлен с возможностью вращения на каретке 20. Второй конец световода 4 и линза 5 (см. фиг.1) установлены соответственно на каретках 24 и 25, которые имеют воэможность перемещения вдоль оптической оси за счет кинематической связи соответственно 26 и 27. Указанные связи идентичны по структуре, включают в себя ась с нарезанным на ней винтом, вдоль которого может перемещаться гайка соответствующей каретки, и соединены с постоянными передаточными отношениями с общей кинематической связью 28 посредством кинематической пары, один иэ элементов которой закреплен на оси соответствующей связи, а второй — на оси связи 28. Линза 6 жестко закреплена на корпусе 29 устройства. На вход общей кинематической связи подается величин . пропорциональная Л.

Устройство работает следующим образом. Вначале образец 1 в держателе 8 установлен под определенными углами по отношению к оси пучка 2 и оптической оси

17 первого конца световода, а весь оптический тракт сьюстирован для измерения излучения на определенной длине волны го и с заданной поляризацией Ро (см. фиг.1), Угол, под которым пучок излучения 2 падает на исследуемую поверхность образца, определяется как угол между нормалью 30 к этой

1770771 линзами 5 и 6 соответственно а1, аг, Для 4, а> и аг имеют вид

35 а> =А fv, (1) аг = — fs, . (2)

А

А — 1

А=1+1/ф где P — увеличение линзы 5;

fg — ее фокусное расстояние.

Фокусное расстсуние fg линзы 6 определяется из соотношения: — = — +—

1 1 1 (3)

4 аг где F — фокусное расстояние входного объектива, анализирующего спектр фотоприемника, оно остается во всем рабочем интервале спектра, 50

Дальнейшее исследование осуществляется путем сканирования спектра излучения при постоянных значениях a, P, у и Ро . При переходе к измерениям на другой длине волны Aq юстировка оптического тракта на- 55 рушается, что связано со спектральнойзависимостью показателя преломления линз и световода. Т.к. линза.5 и световод выполнены из одного материала, то изменение Ь, а, 40 значит, и а1, аг согласно равенствам (1) и (2) поверхности в точке пересечения осей 2 (14), 11,16 и 17 и осью пучка 2, и обозначается . Направление, по которому световод принимает излучение от образца, характеризуется двумя углами акр. Угол а — угол 5 между проекцией 31 нормали 30 в плоскости, проходящей через оси 17 и 2, и осью 17.

Угол P — угол между осями 16 и 11. Пучок 2 направляется под углом у на исследуемую поверхность образца. Полученное в резуль- 10 тате этого электромагнитное излучение в направлении, характеризуемом углами а NP, проходит через поляризатор 3, который пропускает только свет с заданной поляризацией, и попадает на торец первого конца световода 4. Излучение, выделенное из телесного угла, величина которого îïðåделяется расстоянием от образца 1 до торца первого конца световода.и рабочей площадью этого торца, в заданном направле- 20 нии, передается световодом. на другой конец, с торца которого проецируется линзой 5 в плоскости входной щели 7 анализирующего спектр фотодатчика. Одновременно линза 6 отображает плоскость 25 линзы 5 н а входной объектив этого фотодат-. чика (не показан). Затем электрический сигнал с фотодатчика, пропорциональный излучению, которое характеризуется

@, а, Р, у и Ро, поступает в измерительную 30 систему для обработки и регистрации.

Обозначим оптические расстояния между вторым торцом световода 4 и линзой 5, пропорциональны одной величине Ь. Значение 1ь(4)определяется fs (4) соотношением 5 (ib) = fs (i4) (1 + ® (4) где Л вЂ” спектральное изменение фокусного расстояния линзы 5, .

Восстановление сопряжения оптических элементов на межэвементных промежутках а> и аг осуществляется следующим образом; На вход общей кинематической связи 28 подается вращательный момент, пропорциональный Л. Вращение от оси общей связи 28 передается посредством кинематических пар связей 26 и 27 на пару винт-гайка и каретка, соединенная с соответствующей гайкой, перемещается вдоль оптической оси до установки в нужное положение . При этом линза 5 и второй конец световода. 4 перемещаются относительно линзы 6, Постоянные передаточные отношения M и шаг h резьбы пар винт-гайка имеют следующие значения для кинематической

Аг связи 26 Mh = fs для связи 27 — Mh=

А — 1

А — „ fs. Совпадение измерения спектральных зависимостей показателей преломления материала антивиньетирующей линзы 6 и материала линзы 5 с точностью до постоянного множителя обеспечивает сопряжение линзы 6 с оптическим трактом устройства во всем рабочем интервале спектра.

После снятия спектра для эацанных а, P, y и Р производится измерение спектра излучения при тех же углах, но с другой поляризацией Р>.

Для этого на вход кинематической пары червяк 23-червячное колесо 22 подается крутящий момент, в результате чего вращается полая ось 21 вокруг оси 17 до установки поляризатора в заданное положение. Затем опять производится сканирование спектра.

При измерении суммарного по поляризаторам потока излучения подается крутящий момент на ось 19, в результате чего устанавливается на ее винте гайка вместе с кареткой 20 поляризатора перемещается вдоль этого винта и перпендикулярно оси 17 до вывода поляризатора из оптического тракта. После проведения поляризационных измерений изменяют угол а на заданный шаг

Ьа путем поворота Г-образной стойки 15 вокруг оси 16. Затем производятся спектральные и поляризационные измерения, как описано выше, После проведения измерений во всем диапазоне углом а(- 90 < а < 90") производится изменение угла Р на выбранный шаг hP, 1770771

10 путем поворота вокруг оси 14 Г-образной пучка излучения из той же полуплоскости. скобы 10, Затем производятся измерения где расположен световод, проведения поляспектров для разных Р и а. Проведя изме- ризационных измерений и излучения спектрения с шагом ДРВО всем интервалеуглов ральных индикатрис излучения при (-90 CP (90 ) получают набор данных, 5 различных углах падения пучка на поверхпредставляющих собой значение интенсив- ность образца. Одновременно с этим повыностейспектральногоизлучения с разными шается достоверность измерений, т.к. в поляризациями в направлениях, характери- прототипе коэффициент пропускания по зуемыхуглами аи/3,l {il,à,Р,y,P),Поэтим мощности уменьшается по сравнению со величинам определяют спектральные инди- 10 значением для А = 200 нм в 17,2 раза для Акатрисы излучения от образца, имеющие = 1000 нм за счет разъюстировки оптической разные поляризации, Эти данные получены схемы. Одновременно с этим излучение припри заданном угле падения пучка излучения нимается с разных площадок как за счет спекна образец — угле у. Спектральные индикат- тральной зависимости параметров элементов рисы излучения от образца при другом зна- 15 оптического тракта, так и за счет вращения чении 1 определяются после установки конца световода. образца под заданным углом к оси пучка Формула изобретения путем поворота держателя образца 8 вокруг 1. Устройство для измерения индикатоси 11. рисы источника излучения и рассеяния обКонкретная реализация устройстваосу- 20 разцов при воздействии на них пучков ществлялась на базе модернизированного излучения, содержащее держатель образца, комплекса спектрального вычислительного причем плоскость держателя образца, совуниверсального КСВУ вЂ” 23, который является падающая с облучаемой плоскостью образанализирующим спектр фотодатчиком и из- ца, является источником излучения, мерительной системой. Анализирующий 25 последовательно расположенные и оптичеспектр фотодатчик состоял иэ монохромато- ски связанные между собой гибкий светора .МДР-23 и двух фотоприемников типа вод, оптическую систему. включающую

ФЭУ-100 и ФЭУ-62 и имел следующие пара- неподвижную антивиньетирующую линзу, а метры: рабочий диапазон спектра 200 нм — также анализирующий спектр фотодатчик, и

1200 нм; фокусное расстояние входного 30 связанную с фотодатчиком измерительную объектива F = 600 мм; светосила объектива систему, при этом ближайший к держателю

1: 6; высота входной щели 12 мм. образца конец световода установлен на одЭлементы оптического тракта устройст- ном плече Г-образной стойки, другое плечо ва имели следующие параметры: диаметры Г-образной стойки расположено на основакварцевого поляризатора, кварцевого све- 35 нии, Г-образная стойка установлена с возтовода. кварцевой линзы 5 и флюоритовой можностью поворота вокруг оси, линзы 6 составляли соответственно 8 мм, 6 проходящей через точку пересечения оптимм, 25 мм и 12 мм; увеличение линзы 5 ческой оси световода и оси пучка излучения, составляло р = 2, а д = 1,5 и было неизмен- перпендикулярно плоскости основа. ия, о тным во всем рабочем интервале спектра. 40 " и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

Передаточные отношения и шаг винта-гай- овышениЯ достовер ос и инфоРмативки кинематической связи 26 у = 270 MM и ности измеРений при неизменном просвязи27мь=180 мм, Кинематическиесвязи стРанственном Расположе ии оси пучка

19 и 23 обеспечивали неограниченный пово- иэлучениЯ и оптической оси фотодатчика.

Рот поляризатора вокруг своей оси и его 45 деРжатель обРазца Установлен с возможновыводизоптическоготракта.диаметрпучка стью вРащениЯ как вокРУг оси пУчка, пеРизлучения на поверхности образца состав- пендикулЯРной к оси поворота Г-образной лял 1,5 мм. стойки, так и вокруг оси, совпадающей с

Остальные параметр устройства для линией пересечениЯ плоскости, перпендидвух волн, ограничивающий рабочий диапа- 50 кулЯРной к оси пучка, с плоскостью деРжазон спектра, приведены ниже телЯ образца, пРичем оси вРащениЯ

00 нм. Д= О 15 = 60 мм. тб= 138,46 мм, . ДержателЯ обРазца, ось поворота Г-обРазной стойки и оптическая ось конца светово-

000 нм, Д= 0 209 г5 72 54 мм, да пе есечены в одной точ ке, между 6=159,7 мм, а1 =108,81M а2 = 217.62 мм 55 Держателем образца И световодом УстановИзобретение позволяет по сравнению с лен полЯризатоР с воэможностью вРащениЯ прототипом увеличить информативность из- о РУг своей оси и перемещениЯ перпендимерении за Счет иссле „оваH g оптических кУлЯРно оси швоДд, ""ОoРО о н!ц котосвойствматериалапривоздействиинанего ро о и все линзы оптической системы

1770771

12 зы и материала остальных линз совпадают с точностью до постоя нства множителя.

Составитель О.Калантарьян

Техред M.Moðãåíòàë Корректор А,Bpppвич

Редактор Т.Куркова

Заказ 3733 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101 установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси оптической системы.

2. Устройство поп.1, о тл и ч à ю щ е ес я тем, что антивиньетирующая линза выполнена из одного материала, а световод и все остальные линзы оптической системы— из другого материала, причем спектральные зависимости измерения показали преломления материала антивиньетирующей лин3, Устройство по п.2, о т л и ч а ю ще е5 с я тем, что все линзы оптической системы и второй конец световода установлены в оправах, соединенных общей кинематической связью с постоянными передаточными отношениями, 10

Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к спектральному приборостроению, в частности к устройствам высокого спектрального разрешения со скрещенной дисперсией Цель изобретения - расширение спектральной области и повышение разрешения

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению Целью изобретения является повышение точности измерений

Изобретение относится к астрономической оптике и предназначено для фотографирования Солнца в монохроматических лучах

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению, Целью изобретения является увеличение светосилы путем уменьшения потерь светового потока, обусловленных аберрациями

Изобретение относится к оптическому приборостроению

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению Целью изобретения является повышение разрешения Излучение проходит входной растр 3, размещенный на плоском торце волоконной линзы 2„ На этом же торце размещен выходной подвижный растр 5 На выходе волоконной линзы 2 установлен пакет 1 пленарных, световодов о Этот пакет передает излучение на дифракционную решетку ч, выполненную цилиндрической Дифрагированное излучение опять попадает в пакет 1 планарных световодов н через второй торец волоконной линзы 2 идет к выхолно.ту растру 50 Зторой -орел ..нчы 2 и форма пакета 1 соотве - к л гу Роуланда решетки +: В приборе отсутствуют астигматизм чсех порядке}, искривление растров и earn т алы-, а-1 кома В интегральном лслолт ши прибор компактен и портативен 2 м.. ФАКСИМИЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕБиблиография:Страница 1Реферат:Страница 1Формула:Страница 2 Страница 3Описание:Страница 3Рисунки:Страница 3 PA4A/PA4F - Прекращение действия авторского свидетельства СССР на изобретение на территории Российской Федерации и выдача патента Российской Федерации на изобретение на оставшийся срок Номер и год публикации бюллетеня: 27-1993 (73) Патентообладатель: ИСАКОВ В.В

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения

Изобретение относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике определения направления на источник излучения и может быть использовано в бортовых фотоприемкых устройствах в целях ориентации и навигации

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технике регистрации оптического излучения, и может быть использовано в автономных устройствах измерения параметров оптических сигналов (мощность, энергия, длина волны излучения и т.д.)

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для оперативной смены оптических элементов, например диафрагм, светофильтров и других

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля физико-химических свойств суспензий

Изобретение относится к области геофизики и позволяет оперативно фиксировать наличие облаков, вспышек молний, следов падающих метеоритов

Изобретение относится к технической физике, более конкретно к фотометрии, и может быть использовано в конструкции тест объектов, используемых для контроля характеристик инфракрасных наблюдательных систем
Наверх