страница - 15
ских сантиметров). В атомных преобразователях используется резонанс атомов рубидия, цезия, гелия.
Магнитомеханические преобразователи
основаны на механических перемещениях проводника с током или ферромагнитных тел под действием магнитного поля.
Измерение силы взаимодействия намагниченного образца и подвижной магнитной стрелки положено в основу магнитометрического метода. Образец и магнитная стрелка должны быть расположены определенным образом относительно друг друга. Рассматривая взаимодействие магнитных полей образца и стрелки, можно получить формулу для расчета намагниченности образца:
М = Сое,
где а - угол отклонения магнитной стрелки в поле намагниченного образца; С - коэффициент пропорциональности.
Основной частью такого неастатического преобразователя является магнитная стрелка, т.е. подвижный магнит, имеющий форму цилиндра. Магнитную стрелку подвешивают на нити из вольфрама, серебра или кварца, на которой крепится зеркальце для отсчета угла поворота стрелки. Чувствительность магнитометра будет тем больше, чем тоньше и длиннее нить подвеса.
С помощью магнитометра можно определить кривую намагничивания. Намагничивающая катушка располагается горизонтально, и ее ось проходит через центр стрелки магнитометра. С противоположной стороны стрелки на таком же расстоянии устанавливают другую катушку точно таких же размеров, как и намагничивающая. Обе катушки соединяют последовательно для компенсации. В этом случае на магнит будет действовать только магнитное поле, создаваемое самим образцом. Однако на магнит такого неастатического преобразователя действуют также горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли и различные посторонние поля, из-за чего магнитометр такого типа не нашел широкого применения.
Для уменьшения влияния посторонних магнитных полей прибегают к устройству астатической системы, состоящей из двух магнитов, которые имеют одинаковые магнитные моменты и расположены один над другим так, что их магнитные оси находятся в одной плоскости и параллельны, а полярности магнитов противоположны друг другу. Иначе говоря, результирующий магнитный момент такой системы должен быть равен нулю. При работе с этим преобразователем взаимное рас-
положение преобразователя и объекта измерения должно быть таким, чтобы поле, создаваемое измеряемым объектом, воздействовало в основном на нижний магнит.
Существуют магнитометры, астатическая система которых состоит из двух катушек, которые помещаются в намагничивающий соленоид. Принципиальная схема такого магнитометра показана на рис. 1.5.10. Астатическую систему выполняют из алюминиевой рамки, к которой прикрепляют две катушки АК. Ток к катушкам подводят через медные ленты и тонкие спирали от батареи Б. Сила тока, пропускаемого через обмотки, варьируется в зависимости от величины магнитного момента исследуемого образца.
При измерении можно использовать образец О в виде эллипсоида вращения или цилиндрической формы. Исследуемый образец помещают в намагничивающий соленоид НС. Образец ориентируется параллельно относительно нити подвеса системы, при этом концы образца находятся на одном уровне с катушками АК. Результаты измерения на таком магнитометре можно сравнить с баллистическими измерениями.
Магнитомеханические преобразователи используют главным образом для измерения магнитного момента прямолинейных образцов горных пород и магнитов, а в отдельных случаях - для определения магнитных свойств образцов материалов. До недавнего времени они широко применялись в геофизических исследованиях при измерении параметров магнитного поля Земли и его вариаций. В настоящее время их практически вытеснили ферроиндукционные и квантовые преобразователи как более точные и обладающие большими возможностями. В настоящее время они еще находят применение в толщиномерах отрывного типа.
Рис. 1.5.10. Магнитомеханический преобразователь
Глава 1.6
ИЗМЕРЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
1.6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Оптические свойства материалов и изделий весьма многочисленны. Основные из них - это спектральные и интегральные показатели преломления и поглощения, излучательная способность, коэффициенты отражения, поглощения, пропускания, рассеяния.
Термин свет или оптическое излучение (ОИ) означает совокупность электромагнитных волн или фотонов различной частоты, распространяющихся в пространстве и взаимодействующих с веществом в различном агрегатном состоянии.
Это взаимодействие проявляется в различных физических и физико-химических эффектах - поглощении и нагреве, преломлении и т.п., сопровождающихся преобразованием пространственных, спектральных, интен-сивностных, поляризационных, «ременных характеристик и степени когерентности ОИ.
Взаимодействие ОИ с веществом, как правило, носит линейный характер. Однако в мощном лазерном излучении наблюдаются нелинейно-оптические эффекты (самофокусировка, просветление среды, преобразование частоты света и т.д.). Энергия ОИ измеряется в джоулях.
Мерой интенсивности воздействия ОИ является лучистый поток или его мощность, т.е. количество энергии, переносимой излучением за единицу времени через произвольную поверхность. Единица измерения потока в СИ - 1 Вт = 1 Дж-с"1.
Лучистые потоки принято классифицировать следующим образом: по спектральному составу излучения - на монохроматические и полихроматические; по оптико-геометрическим характеристикам - на сходящиеся, расходящиеся и параллельные; по временным признакам - на стационарные и нестационарные, в т.ч. импульсные; по степени поляризации - на потоки неполяризованного, частично поляризованного и полностью поляризованного света, которые, в свою очередь, подразделяются по виду поляризации (линейной, круговой или эллиптической) и характеру ориентации ортогональных компонент вектора поляризации в плоскости падения лучей (параллельно или нормально к ней). По степени когерентности потоки делятся на некогерентные, частично когерентные и когерентные.
Все виды потоков могут быть изотропными или анизотропными в зависимости от характера распределения плотности соответствующего параметра во времени или пространстве в пределах области распространения излучения.
Физические основы взаимодействия излучения и вещества. Эффекты взаимодействия света и вещества с гомогенной изотропной средой могут быть описаны единым параметром - комплексным показателем преломления N (КПП) с учетом его зависимости от частоты, температуры, напряжений и др. факторов:
N=n-iK,
где действительная часть п определяет скорость света в среде, а показатель поглощения К - затухание ОИ. Для немагнитных веществ (магнитная проницаемость \х = 1)
п = 4г ,
где 8 - диэлектрическая постоянная.
Для металлов связь их оптических постоянных с электрическими характеристиками задается уравнениями:
Ai2(l-A2) = e и л2 jST = 2тссг/со ,
где а - удельная проводимость; со - круговая частота излучения.
Вещества можно разделить на следующие:
однородные, ОС которых сводится к свойствам гладкой поверхности;
однородные, для описания ОС которых используется модель плоского слоя (или системы слоев);
вещества с шероховатой границей раздела сред в приповерхностной области;
неоднородные вещества с объемной системой неоднородностей, описываемые моделью типа совокупности рассеивающих слоев.
По численным значениям КПП можно выделить:
сильнопоглощающие вещества с К > 10 (металлы и т.п.) и высокой отражательной способностью, оптические свойства которых определяются характеристикой поверхности;
слабопоглощающие вещества с А" < 0,01 (вода, газы, некоторые стекла и т.п.) с низкой отражательной способностью, определяемой практически полностью величиной п;
вещества с 0,01 < К < 0,1 (полупроводники), отражательная и излучательная способность которых существенно зависят от толщины слоя материала;
вещества с 0,1<А<10 (тонкослойные покрытия и т.п.), отражение которых зависит и от толщины слоя и от величины К.
Спектральные характеристики оптических свойств определяются совокупностью значений КПП для различных частот излучения. Как правило, спектр КПП находят экспериментально.
Взаимосвязь основных оггтических констант вещества - показателя преломления и показателя поглощения определяется интегральным уравнением Крамерса-Кронинга, позволяющим вычислить одну из констант на фиксированной частоте по известным для всего спектра значениям другой.
По спектральным свойствам материалы обычно разделяют на металлы, полупроводники и диэлектрики. Металлы характеризуются высокой отражательной способностью, особенно в ИК-области спектра, наличием точки температурной инверсии, увеличением излуча-тельной способности в УФ-диапазоне. Их оптические свойства определяются в основном проводимостью.
Для полупроводников характерно наличие поглощения в УФ- и ИК-областях спектра, а также сильная зависимость оптических свойств от температуры.
Для диэлектриков характерно наличие зон прозрачности в широком диапазоне спектра с резкой границей поглощения.
Оптические свойства многокомпонентных рассеивающих сред (лаки, краски, окислы металлов и пр.) описывают с помощью различных моделей теории светорассеивающих (мутных) сред, например с помощью двухпо-то ко во го приближения. Оптические свойства веществ в монолите и в дисперсной среде могут резко различаться, например металлы хорошо отражают свет в монолитном состоянии, но в состоянии мелкодисперсной фазы обладают низкой отражательной способностью и используются в качестве поглощающих покрытий (платиновая чернь и т.д.). Диэлектрики в дисперсной фазе хорошо отражают свет в спектральных областях, соответствующих полосам поглощения монолитного материала.
Важнейшая особенность ОС газов - селективность поглощения излучения. Форма и положение линий испускания (поглощения) газов сильно зависят от их концентрации и температуры.
При взаимодействии ОИ с веществом имеет место его поглощение, рассеяние, отражение и преломление.
Обозначим через Fqx падающий на вещество монохроматический поток ОИ; FaX -поглощенный средой поток; FpX - отраженный поток; FmX - рассеянный поток; FxX -
вышедший из среды поток.
На основании закона сохранения энергии
Fox = FaX +FPx +Fm\ +тА.-
Величины
ая, = Fax/ Fox уРх = Fpx/ Fox ;
mx=FmX/Fox и ix=FxX/Fox
называются соответственно спектральными коэффициентами поглощения, отражения, рассеяния и пропускания. Они показывают, какую долю от падающего потока составляют поглощенный, отраженный, рассеянный и прошедший через среду лучистые потоки.
При взаимодействии вещества с полихроматическими лучистыми потоками вводят понятие интегральных коэффициентов поглощения, рассеяния, отражения и пропускания:
<* = Fa/F0 = JF0xaxdk/ $Foxdky P = Fp/F0=JFoxPxdk/ $Foxdky m = Fm/F0=lF0xmxdk/ $Foxdk, T = Fx/F0=JF9xTxdk/ JFoxdk.
1.6.1.1. ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА
Отражением света (ОС) называется эффект возвращения световой волны при ее падении на границу раздела двух сред обратно в первую среду.
Различают зеркальное, диффузное и смешанное ОС. Зеркальное ОС имеет место, если неровности поверхности малы по сравнению с длиной волны света. При этом свет отражается по законам геометрической оптики, т.е. угол падения равен углу отражения, а падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения света.
Диффузное ОС сопровождается равномерным распределением отраженного света в пределах полусферы. Оно. характерно для поверхности с неровностями порядка длины волны света, расположенными беспорядочно.
Смешанное ОС наблюдается при отражении от поверхностей с неровностями, большими длины волны света. Для него характерно преимущественное отражение в направлении зеркального ОС в сочетании с менее интенсивной диффузионной компонентой. Регулярные неоднородности поверхности приводят к появлению пространственного распределения отраженного света, характерного для явления дифракции.
ОС обычно носит селективный характер, что и определяет цветность различных тел.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]