15 Систематизация и классификация приборов фотометрии; визуальный фотометр, фотоэлектрические фотометры.
Под фотометрией, в широком смысле слова, понимают раздел оптики, изучающей энергетические и световые характеристики и параметры излучения в процессах его распространения от источника до приемника излучения.
Фотометрические приборы можно подразделить по методу наблюдений на 2 группы:
Приборы, измеряющие интегральные параметры излучения.
Спектральные приборы, измеряющие спектральные характеристики излучения.
Если определяются спектральные зависимости параметров пропускания, приборы относят к группе спектрофотометров. Фотометрические приборы, измеряющие параметры излучения на фиксированных длинах волн, относят к колориметрам.
По способу регистрации оптического сигнала приборы подразделяются на группы:
Приборы с визуальной регистрацией (визуальные фотометры).
Фотоэлектрический регистр (фотоэлектрические фотометры, спектрофотометры, или колориметры).
Итак, широко используется следующая номенклатура фотометрических приборов.
Импульсные фотометры (например, ФМ-89) – приборы, применяющие импульсное освещение объекта. Благодаря высокой оптической энергии удается исследовать среды с большой оптической плотностью.
Фотоколориметры – приборы для измерения концентрации растворов, работающие преимущественно в видимой области спектра. Примером служит фотоэлектрические колориметры серии ФКМ (например, ФКМ-2). Схема измерения реализует дифференциальный метод сравнения с эталоном.
Колориметр-нефелометры (например, ФЭК) – приборы для измерения концентрации взвешенных частиц по величине ослабленного рассеянием потока излучения.
Спектрофотометры (например, СФ-26) осуществляют спектральные исследования в непрерывном спектре заданного интервала. Обычно измеряют оптическую плотность среды или коэффициент пропускания.
Характерным примером визуального фотометра является фотометр Люмера-Бродхуна (рис.18.1).
При визуальной регистрации определяет ослабления интегрального светового потока:
Источники света Фэт и Ф расположены с двух сторон от фотометра 1. Излучение через диафрагмы 7а и 7б поступает на зеркальные системы 2 и 3, отражаясь достигает призмы 4, части призмы 4 прилегают к основанию друг друга, а поверхность касания разделена. Одна половина получает свет от лампы Фэт, а вторая от Ф.
Излучение попадает
на окуляр 5, в поле зрения разделено на
две половины.
Определяемая оптическая плотность:
Dv=∫ КλDλdλ=с l ∫ ελ Кλ dλ
где Dλ = с l ελ.
Схема фотоколориметра компенсационного типа.
2а 3а 4а 5а
Фэт 7а 8а
1
9
10
11
Фобр
7б 8б
2б 3б 4б 5б 6
а- опорный канал,
б- измерительный канал;
1- источник излучения; 2а и 2б – зеркала; 3а и 3б - линзовые системы, 4а и 4б - оптические светофильтры; 5а – эталон; 5б – образец; 6 - оптический клин - компенсатор; 7а и 7б – диафрагмы (их размер можно регулировать); 8а и 8б – зеркала; 9- двухсекционный фотоприемник; 10 – блок обработки сигнала; 11 – винт регулировочный.
Сравнение с эталоном основано на выравнивании потоков излучения посредством специального элемента – компенсатора.
Определяемая оптическая плотность образца:
Dобр = Dэт - ∆D
где ∆D –оптическая плотность клина, обеспечивающая компенсацию потоков.
Дифференциальный разностный фотоколориметр измеряет разностный спектр поглощения: ∆Ф= Фэт – Фобр.
Схема дифференциального разностного фотоколориметра показана на рисунке; обозначения те же, что и на предыдущем рисунке, добавлен модулятор (12), компенсатор отсутствует.
2а 3а 4а 5а 7а
8а
1
12
9 10
2б 3б 4б 5б 7б 8б
Модулятор осуществляет временное разделение оптических каналы. Частота вращения модулятора f. Временная диаграмма оптического потока на фотоприемнике приводится ниже.
Фо
Фэт
t
Т
Очевидно: ∆D = lg(Ф0/Фэт) – lg(Ф0/Фобр) = lg(Фобр/Фэт)
Учитывая Vф = φ SvФ ,
Получаем ∆D = lg(Vф/Vэт)
Таким образом, искомая величина Dобр = Dэт - ∆D