Способ определения распределения плотности прозрачных неоднородностей

Способ определения распределения плотности прозрачных неоднородностей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области оптической измерительной техники и позволяет определить поле плотности плоской прозрачной неоднородности в случае нестационарных ударных волн. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ заключается в том, что скрещенные пучки монохроматического когерентного света направляют как через исследуемую, так и через эталонную среды (в разных плоскостях ) , регистрируют интерференционную картину и ПС положению интерференционных полос определяют поле плотности неоднородности в целом, при этом для определения амплитуды скачка плотности на интерференционной картине определяют смещения и производные смещений интерференционных полос. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (5D 4 G 01 N 21/45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3937692/31-25 (22) 05.08,85 (46) 07. 11. 87. Бюл. У 41 (71) ЛГУ им. А.А.Жданова (72) E.Ô.Æèãàëêî и Л.Л.Кольппкина (53) 535.024 (088.8) ° (56) Ладенбург Р. и Бершадер Д. Интерферометрия. - В сб.: Физические измерения в газовой динамике и при горении, М., 1957, с. 48-76.

Блекмен В. Колебательная релаксация в кислороде и в азоте. — В сб.:

Газодинамика и теплообмен при наличии химических реакций. М.: ИЛ, 1962, с. 456-487. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПРОЗРАЧНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к области оптической измерительной техники и позволяет определить поле плотности плоской прозрачной неоднородности в случае нестационарных ударных волн.

Цель изобретения — повьппение точности измерений. Способ заключается в том, что скрещенные пучки монохроматического когерентного света направляют как через исследуемую, так и через эталонную среды (в разных плоскостях), регистрируют интерференционкую картину н по положению интерференционных полос определяют поле плотности неоднородности в целом, при этом для определения амплитуды скачка пяотности на интерференционной картине определяют смещения и производные смещений интерференционных полос. i ил. С:

1350564

1О

35

50

Изобретение относится к области оптической измерительной техники и может быть использовано при исследовании потоков газодинамических и химических проточных лазеров интерференционными методами, s элементах устройств с высокоэнергетическими потоками газа, например теплообменные камеры, а также при изучении неосесимметричных течений газа.

Целью изобретения является повышение точности измерений распределения плотности прозрачных неоднородностей для плоских нестационарных течений.

На чертеже приведена схема устройства для осуществления способа, вид сверху.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения в виде рубинового лазера ОГМ-20 с рассеивателем, работающий в режиме гигантского импульса (ъ = 694 нм), конденсор 2, дифракционные решетки 3 и 4 (75 штр/мм), расположенные в фокальных плоскостях линз 5 и 6. Объект исследования представляет собой ударную волну, взаимодействующую с моделью, помещенную в рабочую камеру 7 между защитными стеклами 8 и 9 прямоугольного сечения. На защитных стенках укреплены комплементарно призмы

i0 и 11. Регистрирующее устройство

12 представляет собой фотопленку.

Способ реализуется следующим образом.

Пучок монохроматического света от источника 1 импульсного лазерного излучения с рассеивателем и осветительной диафрагмой, установленной для улучшения качества интерференционной картины и защиты оптических элементов приборов, проходит через конденсор 2, строящий изображение осветительной диафрагмы на дифракционной решетке 3, выполняющей роль светоделителя, используемого как и в других интерференционных устройствах для создания когерентных интерферирующих пучков. Ионохроматический свет падает на линзу 5 в виде нескольких когерентных пучков, сдвинутых друг относительно друга перпендикуЛярно оптической оси (показан только один пучок нулевого порядка).

Линза 5 делает падающие пучки параллельными. Пучок параллельных лучей направляется в рабочую камеру 7 с защитными стеклами 8 и 9. Параметры дифракционной решетки выбраны такими, что пучки света сдвинуты один относительно другого на половину по ля зрения рабочей камеры для того, чтобы половину рабочей камеры отвести для невозмущенного поля, например, перед фронтом ударной волны, а другую половину — для возмущенного поля. Размер стекла 8 в направлении сдвига пучков таков, что в камеру попадают только эталонный и объективный пучки, а остальные отсекаются.

Часть пучков света, проходящая через призму 10, установленную на защитном стекле 8, отклоняется на угол о, определяемый преломляющим углом призмы, остальная часть пучков света проходит через защитное стекло

8 без отклонения, минуя призмы. Пучки, отклоненные призмой 10, проходят через эталонную и исследуемую среды, размещаемые в двух половинах рабочей камеры 7, ограниченной стенками 13.

Пучки неотклоненных лучей проходят через те же среды. Все прошедшие камеру 7 пучки лучей света выходят через защитное стекло 9. При этом пучки лучей, отклоненные призмой 10, проходят через отклоняющую призму 11, установленную комплементарно призме

10 и идентичную ей, и возвращаются к исходному направлению. Далее все прошедшие камеру пучки лучей фокусируются линзой 6 приемной части устройства на дифракционной решетке 4, аналогичной дифракционной решетке

3, интерферируют и регистрируются устройством 12 на фотопленке, причем одновременно линза 6 в плоскости регистрации устройства 12 строит изображение объекта.

Пример. Исследуемую среду с возбужденной в ней квазистационарной или нестационарной ударной волной помещают в камеру для исследуемой среды устройства, собранного на базе.теневого прибора ИАБ-451, так, что образующие поверхности газодинамического разрыва параллельны главной on" тической оси, освещают устройство монохроматическим светом от источника, находящегося на главной оптической оси интерферометра. Однородный гаэ по одну из сторон первичной ударной волны выбран в качестве эталонной среды. Снаружи защитных стекол по обе стороны объекта комплементарно укреплены призмы с преломляющим уго лом 11, длиной преломпяющей грани, 1350564 равной суммарной ширине опорного и предметного пучка 200 мм и шириной

10 мм (т.е. 0,05 длины). Ширина преломляющей грани призмы должна быть сделана по возможности малой, чтобы как можно меньше маскировать интерференционное изображение картины поля течения в прямых лучах, но достаточной для регистрации интерферен- 1ð ционной картины течения в наклоненных лучах. Призмы устанавливались таким образом, чтобы отклоняемые ими лучи лежали в плоскости, перпендикулярной поверхности разрыва в точке 15 измерения. Возможно произвольное расположение призм по отношению к направляющей поверхности исследуемого разрыва, удовлетворяющее условию разрешения интерференционных полос в ре- 2О гистрируемой картине: п, /з пып„ (п, — регистрируемая частота интерференционных полос на изображении ударной волны; n „ — частота, рав ная разрешению прйбора).

= 25

Размеры защитных стекол (фронтальных стенок) камеры для размещения исследуемой среды .выбраны такими, чтобы они не ограничивали опорный и 30 предметный пучки параллельных лучей, которые как и в дифракционном интерферометре примыкают друг к другу. Пучок монохроматических лучей, падающий на защитные стекла вне призмы, освещает рабочую камеру, в которой находятся исследуемый объект и эталонная среда — невозмущенный газ перед фронтом падающей ударной волны — лучами, параллельными главной оптической оси 40 интерферометра, а следовательно, образующей поверхности разрыва плотности исследуемого объекта. Пучок монохроматических лучей, отклоненных призмой, просвечивает исследуемый 45 объект и эталонную среду под углом

ОС и arctg

Sm

РТМ и главной оптической оси устройства, где Sù — предполагаемое максимальное смещение интерференционных полос на изображении разрыва в наклоненных лучах; Р -разрешающая способность приемной части и регистрирующего устройства (фотопленки); М вЂ” масштаб изображения;

Т вЂ” ширина неоднородности. Призма, комплементарная первой, возвращает пучок отклоненных лучей к прежнему направлению.

В приемной части устройства регистрируетсн интерферограмма; на ней видны два интерференционных изображения,1появившиеся в результате просвечивания объекта в двух направляющих. На одном изображении, соответствующем части интерферограммы вне призм, ударная волна имеет вид линии, на которой теряется определенность номера интерференционной полосы. На другом изображении, являющемся результатом интерференции опорного и предметного пучков лучей, прошедших через призмы, соответствующая часть поля течения и ударной волны изображаются интерференционными полосами с непрерывно меняющимся номером.

Для того, чтобы по смещению полос на интерферограмме найти распределение плотности в поле течения вне разрывов, необходимо иметь значение плотности газа в невозмущенной части течения за ударной волной, которое находят, зная величину плотности газа перед ударной волной (по давлению и температуре в рабочей камере до опыта) и величину разрыва плотности газа в ударной волне. Амплитуду скачка плотности в разрыве ударной волны находят по формуле

ЬИ h соЫ Ь +Ь

aP = а — а — — — — + Т eg<(1)

КТ 2 где Ь вЂ” амплитуда скачка плотности в разрыве; а,, a — величины плотностей по обе стороны разрыва;

АМ вЂ” смещение интерференционных полос на изображении разрыва и-отнасти в наклоненных лучах, — длина волны монохроматического излучения; и-1

К = — — — постоянная Гладстона-Дейла

Ф

n — - показатель преломления среды;

P — плотность среды;

oL — угол между пучками, пропущенными через исследуемую среду;

Sgg (x) я

Ъ = — — — — — функции производных

КТ смещений S, (х) интерференционных полос по разные стороны разрыва плотности;

Т вЂ” ширина неоднородности; х — координата, направленная перпендикулярно поверхности разрыва.

13505б4

Устройство собрано на базе теневого прибора ИАБ-451. Ход лучей в приборе приведен на чертеже. Если ус" тройство настроено на полосу бесконечной Ьирины, тогда ударная волна в однородном поле регистрируется в той части интерферограммы, которая ограничена изображением призм в виде пакета интерференционных полос, причем число полос пропорционально амплитуде ударной волны. Число полос, приходящихся на изображение ударной волны, полученное при наклонном просвечивании, равно 9,3. Подставив в (1) значения входящих в нее величин: A = 694 нм; ЬИ = 9; созЫ. =

= 0,995; Т = 7,9 см; К = С,225 см /г для воздуха и данной длины волны, получим для перепада плотности в ударной волне значение 6/ = (3,42+0,03) 16 г/см . Принято представлять значения плотности, отнесенные к плотности невозмущенного газа p, например неподвижного 25 воздуха перед ударной волной, тогда

>f/Pa = 0,285; py = 1,20 10 г/см .

Частота интерференционных полос иа интерферограмме в невозмущенных зонах вн и в пределах призм раз- 30 лично. Это объясняется цилиндричностью призм. Возможно применение призм, у которых радиус крквизны К много больше длкны преломляющей грани призмы 1(К/1 «1). Используя представление угла отклонения луча в виде разложения в степенной ряд по координате х, можно показать, что члены разложения, в которые входит К, влияют на настройку устройства а в ислольу

40 зуемой формуле (1) для перепада плотности в ударной волне они имеют порядок малости не выше учитываемого. Настройка выбрана такой, чтобы на регистрируемой интерферограмме в пре45 делах изображения призм была бы бесконечно широкая полоса.

Фбрмула изобретения

Способ определения распределения

50 плотности прозрачных неоднородностей, заключающийся в разделении монохроматического когерентного свето.вого пучка длиной волны 3 на пучки, Ц один иэ которых пропускают через этаEN cps* b, + bz

КТ 2 @

n. — 1 где К

1 постоянная ГладстонаДейла; показатель преломления среды; плотность среды, угол между пучками, пропущеннымк через исследуемую среду", I

Бавй (x)

Ь

КТ функции роиэводных

I смещений Б, <„) интерференционных полос по разные стороны разрь1ва плотности; ширина неоднородности; координата, направленная перпендикулярно поверхности разрыва. лонную среду, а два других, направленных под углом друг к другуу про пускают через исследуемую среду, причем один иэ них в направлении, параллельном пучку, пропущенному через эталонную среду, регистрации интерференционной картины всей системы пучков, по положению интерференционных полос которой определяют распределение плотности прозрачной неоднородности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений для плоских нестацконарных течений, через эталонную среду пропускают дополнительный монохроматический когерентный пучок света, причем этот пучок направлен по отношению к первоначальному пропущенному под углом, равным углу между пучками, пропущенными через исследуемую среду, на регистрируемой интерференционной картине выделяют области, разделенныь изображением линий разрыва плотности, в которых измеряют смещения дМ и производные смещений S <„ интерференционных полос по разные стороны разрыва плотности, а распределение плотности прозрачной неоднородности определяют по амплитуде скачка плотности в разрыве Ь, рассчитываемой по формуле

1350564

Составитель С. Голубев

Техред Л.Сердюкова

Редактор Л.Гратилло

Корректор И,Муска

Заказ 5 78/43

Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4