Фотометричні прилади Фотометри

Фотометр є простим універсальним засобом дослідження оптичних властивостей матеріалів. Він призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання і віддзеркалення, на підставі яких легко обчислити оптичну щільність і інші характеристики матеріалів.

В ізуальний фотометр призначений для вимірювання коефіцієнтів пропускання до віддзеркалення (спектральних і інтегральних), а на підставі їх - оцінки оптичної щільності негативів і відтисків, білизни і блиску паперу.

Оптична схема фотометра. Світлові промені від джерела світла 2 прямують на досліджуваний зразок 1 і еталон 3. Далі через регульовані діафрагми 4 і 7, призми і світлофільтри 5 променів світла поступають на дві половини поля окуляра 6. Порівняння світлових потоків проводиться візуально, тобто дискримінатором служить око. Зрівнявши яскравості обох половин поля окуляра за допомогою однієї з діафрагм, за її шкалою можна визначити коефіцієнт пропускання зразка по відношенню до еталону. Структура фотометра відповідає схемі компенсаційного фотометра.

Фотоелектричний фотометр має аналогічне призначення, але вищу точність і ширший діапазон довжин хвиль.

Прилад побудований по двоканальній схемі, реалізований метод заміщення. Світловий потік вимірюється за допомогою фотометричної кулі, як фотоперетворювачі служать фотоелементи. Порівняння струмів фотоелементів проводиться в мостовій схемі.

О птична схема приладу. Світловий потік від джерела 1 мимо шторки 2 проходить через світлофільтр 3 і на напівпрозорому дзеркалі 4 ділиться на два потоки. Вимірювальний потік проходить через діафрагму 5, відхиляється поворотним дзеркалом 6 і проходить через зразок 7 при вимірюванні або падає на зразок 10 при вимірюванні . Розсіяний в кулі світловий потік освітлює вікно 8 перед фотоелементом 9. Компенсаційний потік від дзеркала 4 проходить діафрагму 15, нейтральний клин 13 і розсіюється на молочному склі перед фотоелементом 12. Нахилом дзеркала 6 можна направити промінь, що поступає в кулю, на еталон 11, зразок 10 або на внутрішню стінку кулі. Це дає можливість виміряти відбитий потік від еталону або зразка, а також весь потік, що пройшов в кулю безпосередньо або через зразок 7. Діафрагми 5 у вимірювальному каналі і 15 в компенсаційному дозволяють регулювати світлові потоки в межах від 0 до 100% і мають шкали.

Порівняння вимірювального і компенсаційного потоків проводиться після їх перетворення в струми фотоелементів.

Денситометри

Денситометри - це спеціалізовані вимірювачі оптичної щільності прозорих і непрозорих матеріалів. Відповідно є денситометри прохідного світла (ДПС), відбитого світла (ДВН) і універсальні (ДКП).

Специфіка денситометрів полягає в тому, що вони всі прямо-показуючі, градуйовані в одиницях оптичної щільності, будуються по схемах фотометрів прямого перетворення у вигляді компактних переносних приладів з аналоговою або цифровою індикацією, часто з цифровою реєстрацією.

Основу денситометра складає фотометр. Зазвичай сигнал логарифмується, тобто лінеаризується залежність результату від оптичної щільності, перетворюється в цифрову форму і так далі. Підвищення чутливості і логарифмування досягається використанням ФЕП як фотоелектричний перетворювач.

Облік особливостей зорового сприйняття проводиться включенням фільтру видомості, що має спектральну характеристику усередненого ока. Для вимірювання зональної щільності використовуються три фільтри: червоний, зелений і синій, смуга пропускання кожного перекриває свою зону.

Вимірювання регулярної або дифузної оптичної щільності забезпечується вибором умов освітлення і спостереження. Найчастіше вимірюється дифузна оптична щільність, оскільки вона характеризує внутрішню структуру матеріалу. Для виключення променів, відбитих від поверхні, особливо вологої, використовуються поляризаційні фільтри, непроникне поляризоване світло.

Т ипові оптичні схеми денситометрів, що вимірюють щільність зразка 3 у відбитому (рис. а) і в прохідному світлі (рис. б). Денситометр складається з: 1-джерело світла, 2-конденсор, 3-зразок, 4-світлопровід, 5-світлофільтр, 6-фотоелектронний підсилювач. Для виключення впливу положення зразка на результат іноді використовується декілька джерел освітлення. Характерною особливістю оптичних схем денситометрів є використання світлопроводів 4 для передачі світла від зразка до ФЕП.

Функціональна схема перетворень сигналу в денситометрі. Вихідна напруга ФЕП U_ф визначається падаючим на його фотокатод потоком, який пропорційний або матеріалу. Оптична щільність визначається як: , де – напруга живлення динодів, – падаючий на зразок потік.

Я кщо підтримувати постійним, то буде дотримуватись пропорційна залежність між оптичною щільністю зразка і напругою живлення динодів . Тому вимірювання зводиться до вимірювання . Для підтримування постійним служать джерело опорної напруги (ДОН), дискримінатор (Д), УП і перетворювач напруги (ПН). Дискримінатор виділяє різницеву напругу , яке підсилюється в УП і подається на перетворювач напруги в якості керуючого . Відповідно до його значення формується така напруга , яке забезпечує дотримання рівності .

Джерелом опорної напруги служить стабілізатор напруги на стабілітроні, дискримінатором служить віднімаючий операційний підсилювач, перетворювач напруги побудований на основі керованого автогенератора. Останній формує прямокутну напругу, амплітуда якої пропорційна керуючій напрузі. Після випрямляння і згладжування сформована напруга подається на ФЕП як напруга живлення динодів, а частка його після корекції нелінійності подається до аналогового або цифрового вимірювача. Цифровий вимірювач -вольтметр вбудовується в денситометр або підключається у вигляді окремого приладу.