Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред

Патент 534674

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено18.08. 75 (21) -170031/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано05.11.76.Бюллетень № 41 (45) Дата опуоликования описания03.03,77

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 534674 (51) М. Кл.

5 01 N 21/46

5 02 В 27/38

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 535.411. ,087. 4(088,8) (72) Авторы изобретения

Б.Д. Золотов и Ю. Д. Чашечкин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

КОЭФФИБИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим приборам для изучения изменений плотности прозрачных сред по изменению их коэффициента прело мления. 5

Известные приборы, применяемые при исследовании процессов обтекания тел в аэродинамических трубах, гидродинамических потоках, барокамерах и т.п., именуемые как теневые, шлирен-приборы, теплеровские, обеспечивают возможность регистрации возмущений коэффициента преломления прозрачной среды при просвечивании ее параллельным пучком света (1). Эти приборы обладают недостаточно высоким пространственным разрешением, особенно вдоль оси пучка света, что существенно ограничивает возможность исследования нестационарных процессов в выбранной точке и не позволяют судить о характере возмущения коэффициента преломления.

Известно устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, представляющее собой две узкопольные теплеровские системы со скрещенными в измерительной среде лучами, каждая из которых включает в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения, конденсатора коллиматорного объектива и приемную часть, а также блок обработки сигналов.

Этому устройству присущ недостаточный объем информации о характере возмущения коэффициента преломления, особенно при исследовании мелкомасштабных нестационарных возмущений, вследствие неразличимости угловых и линейных смещений лучей, несущих информацию о характере возмущения вдоль луча.

Бель изобретения вЂ” увели чение о бъе ма информации о характере возмущения коэффициента преломления и повышение пространственного разрешения.

Эта цель достигается тем, что в известное устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред введены две идентичные оптические ветви в виде расположенных на одной оптической оси полупрозрачной пластины, линзы, формирующей параллельный пучок света, второй лин534674 зы, создающей сходящийся пучок, фотоприемника, а также две пары диафрагма-фокусирующая линза, установленные после коллиматорных объективов перед объемом с исследуе мой средой так, чтобы вершины конусов пучков сходились в исследуемой точке.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит Лазерные источники света 1,2; конденсоры (отрицательные лин- ® зы) 3,4; колпиматорные объективы 5,6; многоэлементные наборы диафрагм 7-10, выполненные либо идентичными либо подобными попарно 7-9, 8-10, например, в виде пластин с многочисленными малыми (0,5 - 1 мм) !5 отверстиями, расположенными по концентричсским окружностям; формирующие сходящийся (конический) пучок света линзы 1 1, 12, 13, 14; наблюдательные объективы 15, 16; ножи Фуко 17,18; полупрозрачные ппас- ® тины 19,20 „ôîðìèðóþùèå параллельный пучок линзы 21,22; фотоприемники 23-26; блок обработки сигналов 27. Выходы фотоприемников соединены со входами блока обработки сигнапов 27.

Работает устройство следующим образом.

Излучение or источников света 1,2 через конденсоры 3,4,коппиматорные объективы 5,6 диафрагмы 7,8, формирующие конические пучки света линзы 11,12 направляется в исследуемую среду 28. Распопожение линз 11,12 относительно объема с исследуемой средой выбирают таким, чтобы вершины двух сформированных конических пучков схОдились в исспедуемой точке О.

По выходе из исспедуемой среды пучки света попадают на разделительные пластины

19,20. При этом часть каждого пучка света проходит разделительную пластину, а часть отражается от нее. Части пучков, прошедшие разделительные пластины, принимаются наблюдательными объективами 15,16 и после фокусировки на ножах Фуко 17, 18 направляются на фотоприемники 23,24. Отра45 женные части пучков поступают на формирующие параллельные пучки света линзы 21, 22. Сформированные параллельные пучки принимаются диафрагмами 9,10, поспе чего линзами 13,14 формируются в сходящиеся пучки, которые направляются на фотоприемники 25,26, С фотоприемников 23-26 эпектрические сигналы поступают на блок обработки сигнапов 27, представляющий собой коррелятор и приборы автоматической записи обработанных сигналов.

При корреляционной обработке выделяются сигналы от пар приемников, совпадающие по фазе. Зти сигналы соответствуют возмущениям коэффициента, захватывающим точ- @ ку О. При этом максимальное пространственное разрешение соответствует минимальному объему возмущения, которое дает попное воздействие на пучок света. Зтот объем при« з мерно составляет, где г - радиус пучка света в точке О. Дпя лазерного источника света этот радиус составляет доли миллиметра, т.е, пространственное разрешение предпагаемого устройства на 2-3 порядка выше, чем скрещенного ускопопьного тепперовского прибора. Оптические ветви дпя прямых световых пучков содержащие ножи Фуко, в силу принятой геометрии и при настройке ножей

Фуко на перекрытие половины изображения дают сигналы преимущественно от линейного поперечного смещения пучка лучей, причем сигналы на фотоприемниках зависят от формы изображения и увеличения системы V- =вЂ”

Х где Х вЂ” расстояние or точки О до фокуса

1 объектива 1 5 (ипи 16 ) в мм, вЂ” фокусное расстояние этого объектива в мм.

Оптические ветви дпя отраженных световых пучков с приемными диафрагмами 9, 10, которые играют роль ножей, напротив, дают сигнал преимущественно от угпового поперечного смещения пучка лучей, т.к. несовпадение изображений диафрагм 7 и 8 на диафрагмах 9 и10 определяется главным образом за счет угловых смещений пучков. у=ь. -Е.", где Ь а - угловое смещение пучков в градусах; вЂ” расстояние от точки О до приемной диафрагмы в мм. Как видно из последнего выражения, чувствительность этих ветвей можно повысить, увеличивая расстояние (Многоэлементные диафрагмы применены с цепью использования принципа оптического усиления дпя повышения чувствитепьности. Система обработки сигналов позволяет выделить два сигнала, один из которых связан с возмущениями, дающими линейные поперечные смещения лучей, а другой вЂ” с угловыми смещениями лучей.

Предлагаемое устройство обладает высоким пространственным разрешением и позволяет разделить возмущения в прозрачной сре де на два класса: первый вЂ” возмущения, которые могут быть интерпретированы эквивалентными линзами ипи призмами (угловые смещения пучка света), второй вЂ” возмущения, которые можно интерпретировать эквивалент« ными ппоскопараллепьными пластинами (линейные смещения пучка света). Такое устройство может быть успешно использовано в лабораторных условиях при исследовании прозрачных неоднородностей при нестацисьнарных процессах и в особенности при мелко534674

БНИИПИ Заказ 5547/225 Тираж 1029 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 масштабных возмущениях коэффициента преломления, которые не могут быть изучены и интерпретированы достаточно полно с помощью известных приборов.

Формула изобретения

Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, co- lO держащее две теплеровские системы со скрещенными в измерительной среде лучами, каж дая из которых включает в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения, конденсатора, кол- 6 лиматорного объектива, и приемную часть, а также блок обработки сигналов, о т л ивЂ” ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения объема информации о характере возмущения коэффициента преломления и повышения пространственного разрешения, в него введены две идентичные ветви в виде расположенных на одной оптической оси полупрозрачной пластины, линзы, фор ирующей параллельный пучок света, диафрагмы, второй линзы, создающей сходящийся пучок фотоприемника, а также две пары диафрагмафокусирующая линза, установленные после коллиматорных объективов перед объемом с исследуемой средой так, чтобы вершины конусов пучков сходились в исследуемой точке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Физические измерения в газовой динамике и при горении, М. 1957, гл. 1, 52.