34-36 Основные методы и схемы измерения коэффициентов отражения, пропускания и поглощения.

Ф =Ф_ρ+Ф_α+Ф_τ:

;

; ρ+α+τ=1.

;

Виды отражения: правильное (от зеркальных, гладких поверхностей), рассеянное (свет отражается во все стороны без преобладания), полурассеянное (имеется преобладающее направление), смешанное.

Измерение коэффициента правильного отражения.

Лампа «В» освещает белую матовую испытательную пластинку «S». Ее яркость измеряется либо яркомером, либо фотоэлементом в произвольном направлении «abc» (А₁). Затем испытуемая поверхность «Д», коэффициент которой надо определить, ставится на пути луча «ab». Прибор «А₁» ставится в положение «А₂» по пути отраженного луча «bd» и теперь измеряется яркость изображения испытуемой пластинки «S₁».

Коэффициент отражения ρ = отношению яркостей изображения испытуемой пластинки S₁ к яркости самой испытательной пластинки.

При использовании фотоэлемента коэффициент отражения ρ равен отношению освещенностей изображения испытуемой пластинки к освещенности самой испытательной пластинки.

Измерение коэффициента рассеянного отражения (в шаре).

Ш ар в месте «А» имеет отверстие, которое может закрываться крышкой, выкрашенной так же, как и стенки шара. Она закрывается. На нее падают лучи от источника «В». В этом случае измеряется яркость L₁ стенки вместе «С», при этом место «С» освещается и прямыми лучами (щитка «К» нет). Затем на место крышки ставится измеряемая пластина и опять измеряется L ₂ яркость места «С», прикрытого щитком «К» от прямых лучей.

Виды пропускания: направленное (прозрачные среды),

рассеянное (мутные среды),

полурассеянное (полупрозрачные среды).

Измерение коэффициента пропускания для данного направления.

1. По освещенности или по силе света.

Измеряется освещенность Е₀ испытуемой пластинки светоизмерительного прибора «А». (Это можно делать на скамье) от прямых лучей источника «В». Затем лучи света преграждаются исследуемым образом «Д». Снова измеряют Е₁ освещенность испытуемой пластинки.

2. По яркости.

Измеряется яркость L ₀ испытуемой пластинки «S» яркометром «А». Затем на пути лучей от «S» к «А» ставится исследуемый образец «Д». В новь измеряется яркость пластинки «S» - L ₁ через «Д» или самого предмета, если он является мутным. τ можно измерить под разными углами.

Измерение коэффициента поглощения.

1. Исследуемый образец «Д» помещается в световом шаре. Проводятся два измерения. Один раз лучи света от источника «В» непосредственно падают на стенку шара в месте «А»; измеряется яркость L ₀ стенки шара в месте «С» сквозь окно «Н». Исследуемый образец «Д» в это время находится вблизи середины шара, но вне пучка прямых лучей от источника. Затем измеряется яркость L ₁ стенки шара в месте «С», когда исследуемый образец находится на пути лучей от источника вблизи середины шара; при этом щиток «К» преграждает лучи от испытуемого предмета «Д» к месту «С».

2. Если измерены коэффициенты ρ и τ, то α=1-ρ-τ

37,38 Методы измерения яркости. Методы и схемы измерения коэффициента яркости.

Яркость L _α элементарного участка светящейся поверхности в направлении α определяется отношением силы света dI_α излучающего элемента к площади его проекции dA · CosA на плоскость, перпендикулярную этому направлению:

Есть прямой и косвенный метод определения яркости. Прямой способ измерения яркости L состоит в непосредственном сличении измеряемой яркости с образцовым прибором нита, создающим переменную, но известную по величине яркость поля сравнения, называемого яркометром.

Яркость связана c другими световыми величинами, например, силой света, которая сама по себе определяется через освещенность, поэтому для измерения яркости можно использовать измерительные устройства – люксметры, для чего их надо проградуировать по эталону яркости. В качестве эталона яркости можно использовать пластинку, покрытую окисью магния MgO или серно-кислым барием BaSO₄ с известным коэффициентом яркости r. Освещая ее источником с известной силой света, меняя расстояние между эталоном и пластинкой можно определить освещенность. Для матовой диффузной поверхности яркость пластинки выражается

При зрительных измерениях можно использовать одностороннюю светомерную скамью, одно из полей сравнения светомерной головки освещается лампой сравнения, другое поле освещается измеряемой яркостью.

Для измерения яркостей нитей ламп накаливания используются приборы, устройство которых подобно оптическим пирометрам.

Оптическая схема яркомера.

А – лампа сравнения, яркость нити накала которой градуируется по эталонной лампе;

В – эталонная лампа, яркость нити накала которой известна при нескольких значениях напряжения;

С – линза проектирует нить лампы В в ту плоскость где расположена нить накала лампы А, и увеличивает изображение нити лампы в несколько раз. Глаз наблюдателя рассматривает окуляр нити Д нити лампы В и А, которые кажутся расположенными в одной плоскости и увеличены в 10-15 крат. Обе нити являются двумя полями сравнения, как обычно в фотометре. При больших яркостях тела накала ламп на оптическую ось ставятся поглотители «K» и «М». Изменяя напряжение у лампы А, выравнивают её яркость с яркостью эталонной лампы.

Для ряда известных значений яркости тела накала эталонной лампы определяют напряжение питания лампы сравнения А

U1эт	U2эт	…	Unэт
L1эт	L2эт	…	Lnэт
U1ср	U2ср	…	Unср

По этим значениям строим градуированный график , В

При определении яркости тела накала исследуемой лампы ее устанавливают вместо эталонной. Изменяя напряжение тела накала лампы сравнения, добиваются равновесия яркостей т.е. Lx=Lср.

По градуировочному графику по известному значению Vср. (т.е. Lx=Lср) определяют яркость (Lx) тела накала исследуемой лампы.

Определение коэффициента яркости.

1^ый способ.

Измеряется яркость исследуемой пластинки L_α, освещенность ее должна быть известна, тогда коэффициент яркости . Это следует из выражения для матовых поверхностей.

2^ой способ.

При соответствующих условия освещения измеряется яркость исследуемой пластинки «Д». Затем, на ее место ставится измерительная пластинка, у которой коэффициент яркости β₀ известен для тех же условий освещения и наблюдения, как для испытуемой пластинки «Д».

.

44. Принцип действия и наиболее распространенные оптические схемы призменных монохроматоров.

Призменные монохроматоры основаны на использовании явления дисперсии. Дисперсия света (разложение) происходит при преломлении света на поверхности раздела двух сред и определяется зависимостью относительного показателя «n» преломления от длины волны «λ».

В спектральных приборах используется нормальная дисперсия, когда показатель преломления уменьшается с ростом длины волны λ.

Диспергирующим элементом призменных спектральных приборов является одна или несколько призм. В результате преломления света на гранях призмы происходит отклонение луча света на некоторый угол θ от первоначального направления. Угол отклонения зависит от показателя преломления вещества призмы и поэтому является функцией длины волны, т.е.

Источник излучения «J» через осветительную систему «Л» освещает узкую входную щель прибора «S» Фокусирующая оптика, состоящая из двух объективов «О₁»(коллиматорный объектив) и «О₂»(камерный объектив) с параллельным ходом лучей между ними в фокальной плоскости «Р» дает изображение щели «S». Разные направления лучей для различных длин волн осуществляются диспергирующей системой «Д». Совместно с диспергирующей системой фокусирующая система дает прерывную или непрерывную последовательность монохроматических изображений входной щели, называемую спектром. Характер спектра зависит от типа источника излучения.

Монохроматоры служат для выделения одной спектральной линии, или участка сплошного излучения. Область спектра, для которой предназначены монохроматоры, определяет выбор материала для оптики.

Для видимой области спектра наибольшее распространение получил универсальный монохроматор УМ–2 со стеклянной оптикой.

1. – источник света

2 – осветительная система

3 – входная щель

4, 6 – объективы

5 – призма постоянного угла

отклонения

7 – окулярная насадка или

выходная щель

44 Принцип действия и оптические схемы дифракционных монохроматоров.

Дифракция света – явление, связанное с волновой природой света и возникающее при любом ограничении волновой поверхности диафрагмами. В спектральных приборах используется явление дифракции параллельного пучка лучей от большого количества одинаковых узких щелей – дифракционных решеток.

φ – угол дифракции.

Связь углов дифракции с длиной волны определяется соотношением

п

L

ри нормальном падении параллельного пучка лучей на решетку:

λ - длина волны,

m – порядок дифракционного спектра,

d – постоянная решетки.

Решетка, как и призма выполняет роль разделителя длин волн.

Существуют решетки следующих типов: 300 штрихов на 1 мм; 600 штрихов на 1 мм; 1200 штрихов на 1 мм; 2400 штрихов на 1 мм.

В зависимости от назначения и формы поверхности дифракционной решетки, применяемые в спектральных приборах, подразделяются на плоские отражательные, вогнутые (сферические и тороидальные) отражательные, эшелетты, плоские прозрачные, поляризаторы и др.

Так как изготовление дифракционных решеток это сложный, дорогой процесс, то в последнее время все чаще стали пользоваться репликами.

Реплики – это копии дифракционный решеток. После изготовления реплики покрываются отражающим слоем.

43 Определение цветовой температуры колориметрическим методом (метод сине-красного отношения).

Для определения цветности тепловых излучений часто используют цветовую температуру – Т_цв. Т_цв – температура полного излучателя, при которой цветность его излучения одинакова с цветностью исследуемого излучения при заданной (истинной) температуре. Т.к. форма кривой спектральной плотности потока излучения для тепловых излучений плавная, то Т_цв достаточно точно определяется по отношению спектральной плотности потока излучения двух узких зон, расположенных по краям видимого спектра. Этот метод определения Т_цв. носит название метода сине-красного отношения. Для определения Т_цв. проводятся измерения силы тока с помощью фотоэлемента с красным и синим светофильтрами. Значение Т_цв. определяется по отношению двух показаний гальванометра, подключенного к фотоэлементу, при синем и красном светофильтрах по построенной предварительными измерениями градуированной кривой зависимости Т_цв.=

14. Основы зрительной фотометрии. Фотометрические величины с учетом спектральной чувствительности глаза.

Сетчатая оболочка, выстилающая дно глаза, содержит два вида окончаний зрительного нерва—колбочки и палочки, которые функционируют в разных условиях освещения. Колбочки работают днем при высоких уровнях освещения и обеспечивают способность глаза различать цвета, в то время как палочки, позволяющие наблюдателю ориентиро­ваться при очень малом количестве света, различают только контрасты черно-белого изображения.

Основной характеристикой глаза, которую приходится учи­тывать при световых измерениях, является различие его чув­ствительности к излучениям видимого спектра 380 – 760 нм. В условиях дневного зрения одинаковая мощность излучений разных частей этого интервала оказывает на глаз совершенно различное воздействие.

Цветовое различие этого воздействия состоит в том, что коротковол­новое излучение создает впечатление фиолетового цвета, а длин­новолновое—красного. Непрерывное увеличение длины волны связано с плавным переходом от фиолетового цвета сначала к синему, затем к сине-зеленому и далее через желто-зеленый к желтому, оранжевому и красному. Невозможно заметить резких переходов от одного цвета к другому, и границы спект­ральных цветов можно указать только приблизительно. Цветовое деление спектра и его примерные границы (в нанометрах) имеет следующий вид:

Фиолетовый ..........0,400—0,455 нм.

Синий ...................0,455—0,485 нм.

Сине-зеленый .......0,485—0,505 нм.

Зеленый ................0,505—0,550 нм.

Желто-зеленый......0,550—0,575 нм.

Желтый ..................0,575—0,587 нм.

Оранжевый ............0,587—0,610 нм.

Красный .................0,610—0,700 нм.

Некоторые субъекты страдают цветовой слепотой (дальтоники), которые не различают цвета (тритонопы, протонопы, дейтеронопы)

Гораздо труднее установить количественную, или световую, сторону спектральных свойств глаза, которая состоит в том, что равные по мощности излучения разных участков видимого спектра, оказываются совершенно различными по своим свето­вым воздействиям. Для колбочкового аппарата, т. е. в условиях дневного зрения, наиболее светлыми будут желто-зеленые излучения, а равные им по мощности фиолетовые и красные излучения будут казаться весьма темными. Излучения проме­жуточные (например, сине-зеленые или желтые) при той же мощности будут темнее желто-зеленых и светлее красных и фиолетовых.

Было установлено, что, хотя спектральная чувствительность глаз разных наблюдателей заметно различается между собой, все же можно установить некоторую среднюю кривую, характери­зующую восприятие нормального (среднего) глаза человека. Эта усредненная кривая спектральной чувствительности светлоадаптированного глаза имеет вид, представленный на рис.1 (кривая 1). Максимум этой кривой, условно принятый за единицу, приходится на длину волны 555 нм.

С пектральная чувствитель­ность палочкового зрения (кри­вая 2) характеризует работу глаза при очень малом количестве света, которого не хва­тает даже для частичного воз­буждения колбочек. Максимум этой кривой, также принятый за единицу, соответ­ствует длине волны 507 нм. Из рисунка видно, что кривая 2 относительно кривой 1 сдвинута в сторону коротких длин волн примерно на 50 нм.

Максимумы этих двух кривых одинаковы только ус­ловно. В действительности палочковый аппарат много чувст­вительнее колбочкового и для восприятия предельно малого светового сигнала палочкам необходима примерно в пятьсот раз меньшая мощность, чем колбочкам.

Изменение спектральной чувствительности глаза влечет за собой ряд специфических явлений, к числу которых относится, в первую очередь, так называемый эффект Пуркинье. Этот эф­фект состоит в том, что красная и синяя поверхности, которые днем кажутся нам примерно одинаково светлыми, ночью делаются совершенно разными: синий предмет ка­жется ночью гораздо светлее красного, который представляется совершенно черным.

Практика показала, что чувствительность глаза отдельных наблюдателей может сильно отличаться от чувствительности среднего глаза. Для красной области спектра такое отклонение может составлять до 50 %, а для синей и фиолетовой областей расхождение может быть еще больше. Поэтому при световых измерениях спектральная чувствительность каждого наблюдателя сравнивается с чувствительность среднего глаза. При этом надо учитывать, что спектральная чувствительность глаза одного и того же наблюдателя непостоянна и зависит от многих факторов. Поэтому международный комитет по освещению рекомендует проводить световые измерения при постоянном состоянии адоптации, т.е. проводить измерения в темном помещении и не смотреть на яркие поверхности, т. к. при постоянной адаптации обостряется порог чувствительности глаза к различным яркостям. Однако темное общее окружение сопровождается общим утомлением глаза.