185306. lajstromszámú szabadalom • Berendezés mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározására
1 185 306 2 hullám, például fény érkezik, akkor a felület érdessége befolyásolja a hullám terjedését. Durva felület esetén a hullám nemcsak a reflexiós irányba verődik vissza, hanem minden irányba szóródik. Ha ez a durva felület mozog is, a szórt hullám frekvenciája a Doppler-eltolódás miatt változik. Éppen ezért a szórt fény tanulmányozásával a felület érdességéről is lehetséges információt szerezni, de ehhez statisztikus értékelést kell adni a felület által szórt hullámról, annak reflektált (tehát sima felülethez tartozó) és diffúzán szórt részeiről. Megmutatható,. hogy ha a kapott hullám amplitúdója a felület véletlenszerűen eloszló részeitől kapott járulékok őszszegeként tekinthető, akkor az amplitúdó valószínűség eloszlása jól meghatározható. Teljes általánosságban azonban azt mondhatjuk, hogy a diffúzon szórt komponens, valószínűségi változó, valamilyen p(A) eloszlásfüggvénnyel, melynek alakját nem feltétlenül ismerjük. Nyilvánvaló, hogy a felület különböző elemeiről mérhető eloszlások függenek a felület minőségétől. Ha a felületet mozgás közben, folyamatosan világítjuk meg, akkor annak a valószínűsége, hogy egy adott hosszúságú szakaszon a visszavert fény 1 intenzitása nagyobb egy adott I0 intenzitásnál, jól meghatározható valószínűség függvénnyel írható le, amely sima felület esetén lassan, míg durva felület esetén gyorsan lecseng. A függvény változását az ún. korrelációs hossznak határozza meg, amelynek nagy értéke a sima, kis értéke a durva felületet jellemzi. A korrelációs hosszak segítségével lehetőség van tehát arra, hogy olyan felületeket hasonlítsunk öszsze, amelyek mikroszkopikus érdessége azonos. A találmány szerinti berendezés alapját képező eljárás tehát az optikai heterodyn detektálás alkalmazása mozgó anyag felületi jellemzőinek érintkezésmentes meghatározására oly módon, hogy koherens fényforrás (például lézer) fényével világítjuk meg a felületet és a visszaszórt fényt optikai heterodyn detektálással érzékeljük, mely jellegénél fogva a fényérzékelő kimenetén / = R. Az intenzitással arányos U elektromos jelet szolgáltat, ahol A a felületről visszaszórt fény amplitúdója, R pedig a referencia, vagy lokál-oszcillátor fény amplitúdója. A kapott elektromos jel frekvenciája a mozgó felületről visszaszórt fény Doppler-eltolódási frekvenciájának felel meg. Az U elektromos jelet feldolgozható szintre hozva egy előre meghatározott Uk — k ■ Ifí elektromos szinttel hasonlítjuk össze és azt vizsgáljuk, milyen t időintervallumokig tartózkodik egy Uk szint fölött. A t időintervallum a mozgó felületen X — v ■ t hosszúságú szakasznak felel meg, ahol v a mozgó felület sebességének a fénynyalábra merőleges komponense. A különböző t intervallumok és ennek megfelelő szakaszhoszszúságok szerinti gyakoriságának eloszlása, mely ismert módszerekkel mérhető, éppen azt a valószínűségi függvényt adja meg, melyből a korrelációs hosszak, illetve a mozgó anyag felületére jellemző más mennyiségek meghatározhatók. A korrelációs hossz helyes megválasztása döntő fontosságú. Ez történhet az optika megfelelő megválasztásával, vagy elektronikus úton oly módon, hogy a mérési intervallum végének megfelelő időpontban - mikor az U elektromos jel az Uk szint alá kerül - még nem adjuk ki az intervallum végét jelző jelet, hanem megfelelően megválasztott ideig kivárunk, és ha ezen T kivárási időn belül nem kerül újra az Uk szint fölé a jel, csak akkor tekintjük az intervallumot befejezettnek. Ha a T kivárási időn belül az elektromos jel az Uk szint fölé kerül, akkor az intervallum tovább folytatódik, és az újabb lecsökkenésekor a T kivárási idő számlálása újrakezdődik. Ily módon a T-nél rövidebb idejű jelfluktuáció nem befolyásolja a mérést. A kitűzött cél elérésére mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározását biztosító berendezést dolgoztunk ki, amelynek optikai heterodyn egysége, fényérzékelője és a fényérzékelővel összekapcsolt jelfeldolgozó egysége van, és a találmány szerint a fényérzékelő a jelfeldolgozó egységben előerősítőre csatlakozik, és ezen, továbbá szükség szerint változtatható erősítésű erősítőn keresztül szelektív erősítőre van vezetve, továbbá a változtatható erősítésű erősítő kimenetéhez komparátoron és monostabil multivibrátoron keresztül a monostabil multivibrátor kimeneti jelszélességét mérő időmérő egység van csatlakoztatva. A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjában a változtatható erősítésű erősítő kimenetéhez egyenirányító, az egyenirányító kimenetéhez integrátor, az integrátor kimenetéhez hibajelerősítő csatlakozik, és a változtatható erősítésű beavatkozó jelet továbbító bemenetére a hibajelerösítö kimenete van kötve. A komparátort előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy a komparációs szintje változtatható legyen, és a monostabil multivibrátor időben újra indítható és változtatható billenési idejű egység. A találmány szerinti berendezés segítségével a röv idebb idejű jelfluktuáció hatása kiküszöbölhető és a felület minőségére jellemző értékszám nyerhető. A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyeken a találmány egy példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti berendezés egy példakénti kiviteli alakját mutatja, míg a ?.. és 3. ábra a berendezésben megjelenő jelek időbeli változása. • Az 1. ábrán látható berendezés papírok felületének vizsgálatára, a statisztikus méreteloszlási függvény felvételére szolgál. A mérendő papír 30 forgó henger palástjára van felerősítve. A papír 31 felületére 32 mérési pontban 10 optikai heterodyn egységből kitépő, 11 koherens fényforrással előállított fénynyaláb esik. A 10 optikai heterodyn egység a 11 koherens fényforrás, előnyösen kisteljesítményű He-Ne lézer kimenetén elhelyezett 12 nyalábosztót, előnyösen plánparallel üveglemezt és 13 optikai leképező elemet, előnyösen lencsét tartalmaz. A 12 nyalábosztóval eltérített fénynyaláb útjában 20 fényérzékelő, előnyösen fotodióda van, amelynek villamos kimenete 40 jelfeldolgozó egységre van vezetve. A fénynyaláb átmérője a 32 mérési pontban célszerűen néhány //m. A 32 mérési pontban a fény szóródik, és ennek a szórt fénynek az a része, amely megfelelő irányú és fázishelyzetű, visszajutva a 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
