устройство для измерения коэффициента пропускания стекла

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента пропускания стекла, включающее источник излучения и расположенные по ходу светового луча рабочий и эталонные каналы, приемник излучения, зеркальный модулятор-коммутатор, отличающееся тем, что устройство снабжено узлом приемопередачи оптического сигнала, включающим объединенные эталонный и рабочий каналы, состоящие из плоского зеркала и зеркального модулятора-коммутатора, который выполнен в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, установленного под углом 90° к оптической оси, на которой расположен приемник и источник излучения, причем к приемнику излучения последовательно подключены полосовой фильтр, усилитель фототока, амплитудный детектор, подключенный общей точкой к положительной шине питания, блок автоматической регулировки усиления, состоящий из амплитудного детектора, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания, и оптрона, подключенного параллельно резистору усилителя фототока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерениям коэффициента пропускания стекол, преимущественно спектрально неселективных, изготовленных по ГОСТ 5727-88.

Известно устройство для измерения светового коэффициента пропускания спектрально неселективных стекол «Блик» (Государственный реестр средств измерений №13477-05), содержащее источник излучения, выполненный в виде электрической лампы накаливания, помещенной в конический отражатель с установленным перед ним рассеивателем, фотоприемника, выполненного в виде фотодиода, работающего в фотогальваническом режиме, усилителя фототока, охваченного отрицательной обратной связью.

Недостатком этого устройства является зависимость результатов измерений от изменения напряжения питания, относительного смещения приемной и передающей головок, влияния оптического фона. Использование одного измерительного канала снижает точность измерений и приводит к необходимости предварительной коррекции характеристик устройства, за счет которой не компенсируются мультипликативные составляющие погрешности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является спектрофотометрическое устройство (RU 2172945 C2, кл. G01N 21/59, опубл. 27.08.2001), в котором по ходу оптического луча вслед за источником излучения расположены конденсор, монохроматор, зеркальный модулятор-коммутатор, рабочий и эталонный каналы, состоящие из объектива и плоского зеркала каждый, система сведения и приемник излучения.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, а так же необходимость выравнивания сигналов от эталонного и измерительного каналов на приемнике излучения в отсутствие эталона и исследуемой оптической пластины в ручном режиме, что снижает возможность реализации автоматической коррекции погрешности измерений.

Техническим результатом заявленного устройства является упрощение конструкции, уменьшение влияния аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента пропускания стекла, включающем источник излучения и расположенные по ходу светового луча рабочий и эталонные каналы, приемник излучения, зеркальный модулятор-коммутатор, отличающемся тем, что устройство снабжено узлом приемо-передачи оптического сигнала, включающим объединенные эталонный и рабочий каналы, состоящие из плоского зеркала и зеркального модулятора-коммутатора, который выполнен в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, установленного под углом 90° к оптической оси, на которой расположен приемник и источник излучения, причем к приемнику излучения последовательно подключены полосовой фильтр, усилитель фототока, амплитудный детектор, подключенный общей точкой к положительной шине питания, блок автоматической регулировки усиления, состоящий из амплитудного детектора, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания, и оптрона, подключенного параллельно резистору усилителя фототока.

Объединение рабочего и эталонного каналов и применение зеркального модулятора-коммутатора, выполненного в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, позволяет значительно упростить конструкцию устройства, а так же исключить необходимость выравнивания сигналов на приемнике излучения, так как оптические пути каналов одинаковы, что позволяет уменьшить влияние аддитивной составляющей погрешности на результат измерения.

Определение коэффициента пропускания путем измерения отношения амплитуд импульсов от объединенных рабочего и эталонного каналов с применением блока автоматической регулировки усиления позволяет уменьшить влияние мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения за счет ее сокращения в процессе деления сигналов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения коэффициента пропускания стекла. На фиг.2 представлена временная диаграмма сигналов устройства.

Устройство для измерения коэффициента пропускания стекла состоит из источника излучения 1, подключенного к генератору опорной частоты 2 с целью уменьшения влияния аддитивной составляющей погрешности, вызванной оптическим фоном, за счет модуляции светового потока источника излучения. Рабочий и эталонный каналы узла приемо-передачи 3 и приемник излучения 4 расположены по ходу светового луча. При этом источник излучения 1 и приемник излучения 4 расположены на одной оптической оси. Это позволило упростить конструкцию устройства и объединить рабочий и эталонный каналы, состоящие из плоского зеркала 5, перед которым устанавливается исследуемое стекло 6, и зеркального модулятора-коммутатора 7, выполненного в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, установленного под углом 90° к оптической оси. Объединение рабочего и эталонного каналов позволяет исключить необходимость выравнивания их сигналов на приемнике излучения, так как оптические пути каналов одинаковы.

К приемнику излучения 4 последовательно подключены полосовой фильтр 8, настроенный на частоту генератора 2, усилитель фототока 9, коэффициент усиления которого определяется выражением K _У=R₁/R₂+1. К выходу усилителя фототока 9 подключен блок автоматической регулировки усиления 10 и амплитудный детектор 11, подключенный общей точкой к положительной шине питания. Блок автоматической регулировки усиления 10 состоит из амплитудного детектора 12, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания, и оптрона 13, подключенного параллельно резистору R₂ усилителя фототока 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Источник 1 светового излучения, подключенный к генератору опорной частоты 2, направляет модулированный поток излучения по оптическим путям рабочего и эталонного каналов узла приемо-передачи 3. Зеркальный модулятор-коммутатор 7 попеременно направляет излучение сначала через исследуемое стекло 6 и после отражения от плоского зеркала 5 на приемник излучения 4, образуя рабочий канал, затем, отражаясь от дискового обтюратора 7, непосредственно на приемник излучения 4, образуя эталонный канал.

Импульсы потока излучения преобразуются приемником излучения 4 в электрический сигнал U _вх (фиг.2), который затем фильтруется полосовым фильтром 8, настроенным на частоту генератора 2. Затем сигнал усиливается усилителем фототока 9 и поступает на блок автоматической регулировки усиления 10 и на амплитудный детектор 11. Блок автоматической регулировки усиления 10 обеспечивает стабильность амплитуды импульсов U₁ на выходе усилителя фототока. При изменении амплитуды сигнала U₁, на выходе амплитудного детектора 12, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания, образуется постоянное напряжение, изменение которого с помощью оптрона 13 управляет коэффициентом усиления усилителя фототока 9 за счет шунтирования резистора R₂ таким образом, чтобы величина импульса на выходе усилителя фототока 9 оставалась постоянной. Амплитудный детектор 11 подключен общей точкой к положительной шине питания и преобразует последовательность импульсов (U_пит-U₂ ) в постоянное напряжение.

Поскольку известно, что коэффициент пропускания U₂/U₁ =K, то при U₁=const, К=cU ₂. Тогда отношение сигналов может быть определено по амплитуде импульса U₂. Использование одного источника излучения и одного фотоприемника, а так же объединение эталонного и рабочего каналов позволяет уменьшить влияние мультипликативной составляющей погрешности за счет ее сокращения в процессе деления сигналов U₂/U₁=К.

Таким образом, заявленное устройство для определения коэффициента пропускания стекла обеспечивает упрощение конструкции, а так же уменьшает влияние аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения.