Устройство для исследования оптических неоднородностей прозрачных сред

Устройство для исследования оптических неоднородностей прозрачных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик о11742852 (61) Дополнительное к авт. свид-ву — (22) Заявлено 290378 (21) 2597?04/18- 25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (51)М. Кд.2

G 02 В 27/38

G 0) И 21/4б

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.322.4 (088.8) Опубликовано 250680. Бюллетень №

Дата опубликования описания 250680 (72) Авторы изобретения

A.. П. Копылов, А. Н. Королев, Э. И. Красовский, В.В.Наумов, В.K.Ðàäèí и Л.И.Чуйко (71,) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД

Изобретение относится к оптическим приборам для исследования прозрачных сред, например в аэродинамических исследованиях.

Известно устройство для исследования оптических неоднородностей прозрачных сред, содержащее осветитель, световую диафрагму и коллиматорный объектив 17 .

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство,. содержащее осветитель, световую диафрагму, коллиматорный объектив, фотоприемник и защитное стекло, установленное перед объемом для исследуемой среды 12з.

Недостатком =того устройства является то, что при замере его чувствительности (бпределении реакции устройства к входному воздействию), что необходимо для количественной обработки теневых картин исследуемых процессов, а также при контроле за его настройкой (проверяется реализация прибором наибольшей чувствительности к малому входному воздействию), в процессе эксплуатации используют специальное устройство с оптическими элементами, эталонированными по углу отклонения светового пучка, вводимыми в пространство, где проходит коллимированный световой пучок. При использовании такого устройства возникают ошибки в. величине определяемой чувствительности, связанные с изменением параметров теневой картины по величине освещенности из-за потерь света при его прохождении через эталонированные элементы, а также из-за ошибок изготовления их поверхности и внутренних дефектов материала, из которого они состоят. Эти факторы оказывают существенное влияние, в особенности при определении чувствительности прибора относительно слабых оптических неоднородностей. Например, отклонения световых лучей от расчетного для эталонного имитатора оптической неоднородности в виде длиннофокусной стеклянной линзы, вызываемые местными ошибками на- ее поверхности Д и = 0,1 (наибольшее отклонение от заданной формы поверхности на 0,05 длины волны света), сравнимы по величине с пороговым углом, регистрируемым теневым прибором и состави ляющим угол отклонения порядка 1

742852

Цель изобрет IHII> — 11овыик>нис тсч ности и надежности р зультатов исследования.

Укаэанная цель достигается тем, что в известное устройство для исследования оптических неоднородностей прозрачных сред введены герметизированный корпус с двумя отверстиями для прохождения светового потока, дознрующее устройство и г1лоскопараллелЬная пластина, причем объектив и плас1тина установлены в отверстиях

ZopLi!yea, а дозирующее устройство соединено с внутренним пространством между объективом и пластиной.

При этом,в качестве плоскопараллельной пластины может быть иапользованО защитное стекло.

На чертеже представлена схема устройства. устройство содержит источник света 1, расположенный на оптической оси 00 .конденсора 2. В сопряженной источнику плоскости находится отверстие световой диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости объек— тива 4. Ei."o оптическая ось совпадает с оптической осью конденсора. На поверхности диафрагмы нанесен зеркальный слой, играющий роль теневой диафрагмы. Его поверхность расположена под углом 45 к оси 00. По другую сторону объектива расположены перпендикулярно оптической оси .плоскопараллесьная пластина 5, защитные стекла б и автоколлимационное зеркало 7. Обьектив 4 и плоскопараллельная пластина 5 размещены и загерметизированы в окнах корпуса 8, который посредством отвер.Стия соединен с сильфоном 9 и манометром 1.0 (дозирувщее устройство накачки газа) . Оптическая ось 0 0 объектива

l /

11 пересекает ось 00 под углом 90 в месте расположения рабочей кромки теневой диафрагмы. Светочувствительный элемент 12 располо>кен в плоскос— ти 13 анализа, оптически сопряженной с нлоскостьв, находящейся в рабочем объеме устройства. Элементы устройства, в том числе коллиматорный объектив, заключены в корпус .L4.

Устройство работает следующим образом.

Свет,.исходящий от изображения светящегося тела накала (лампы) источни— ка света 1, образованного конденсо— ром 2 и ограниченного диафрагмой 3; заполняет апертуру объектива 4. После объектива 4 свет в виде коллимированнот> > пучка проходит через объем, заключенный в корпусе 8, через рабочий объем, заключенный между защитными стеклами б и после отражения от зеркала 7 возвращается в обратном направлении, образуя изображение отверстия световой диафрагмы 3 в плоскости,прохОдящей через кромку теневой диафрагмы. Часть излучения попадает на зеркальную поверхность теневой диафрагмь1 1(пс1 ле О гражсни >1 ст !1сс созда .. : в плоскости 1 3 а 11 ад и 3 а с I IG>IGIIIhII Gi> i ектива 11, работающего совместно с обhPILTHBGM 4, теневое изображение оптических неоднородностей, находящихся в коллимированном пучке света.

При воздействии силы У на сильфон происходит егo сжатие, вызывающее определенное изменение плотности газа в объеме корпуса 8, что идентично полещению в коллимированный пучок слабой сферической линзы. Дозирование величины сжатия и, соответственно, изменения плотности газа от номинального значения позволяют использовать получающиеся при этом отклоне— ния световых лучей с помощью газовой линзы, как эталонные. Величина эталонного отклонения d, (радианы) при двухкратном прохождении (в данном автоколлимационном варианте

20 схемы) через участок линзы, запол— ненной воздухом, расположенный на расстоянии г мл от оптической оси

00, определяется по формуле (для т=20) д йР(г К Д р) = 7 ° 10 т где д р — величина отклонения давления от номинального, мм рт.ст.

R — радиус сферической поверхности линзы, мм.

Например, при R = 350 мм,г =20 мм и Лр= 0,3 атм =230 мм рт.ст.

ЛЧ=7.10 7 250 20=9,2 So бРаД=,9

550

Приложение избыточного давления порядка долей атмосферы к одной из поверхностей реальных оптических элементов не приводит к их деформации,.оказывая влияние на параметры

4О теневой картины.

Измерение освещенности элементов теневой картины производится до и после изменения давления газа в корпусе 8, для элементов изображения, расположенных на различных расстояниях от центра поля зрения устройства, где проходит ось 00. Величина чувствительности определяется по результатам сопоставления контраста

5О между освещенностями каждого элемента теневой картины до и после изме нения давления в газовой линзе и величинами соответствующих отклонений Л K световых пучков, образующих изображение этих участков. При рав— но>лерной фоновой освещенности по полю зрения указанные величины контраста получают путем сравнения одновременно измеряемых величин освещенности.выбранного элемента изображения и элемента, находящегося на оси 00, где освещенность не изменяется, так как в этом !.G"ò-.ñ световой пучок при прохождении через газовую линзу не приобретает допол нительного углового отклон:н 1я.

742852

Из зависимости контраста от величины углового отклонения определяет— ся пороговая чувствительность устройства, выраженная тем значением входногб воздействия, при котором контраст достигает заданной минимальной величины, .например 10%. Срав— .нивая полученные значения порога чувствительности с его номинальным значением для данных условий (температуры), судят о состоянии юстировки прибора.

В одном из конструктивных вариан- тов устройства в .качестве герметичного корпуса, в котором изменяют давление находящегося внутри газа для создания эталонного отклонения, используют корпус устройства, заключающего в себе элементы устройства и в том числе коллиматорный объектив. Величина эталонного отклонения световых пучков в этом случае равна сумме дополните- 20 льных отклонений на всех поверхностях коллиматорного объектива, соприкасающихся с газовой средой.

Техническая эффективность, получаемая при использовании данного изобре- 5 тения связана с тем,что повышается точность определения реакции устройства (чувствительности) к входному воздействию,в особенности для малых величин последних,что позволяет более точно отъюстировать устройство. Это осуществляется за счет отсутствия существенных дополнительных потерь света на поглощение в веществе эталонной газовой линзы и на отражение у ее поверхности, отсутствия появляющихся при введении в оптическую схему новых элементов дополнительных паразитных рефлексов, искажающих теневую картину, практического отсутствия влияния на величину эталонного отклонения световых пучков качества (местных ошибок ) поверхностей, ограничивающих объем газовой линзы, так как кривизна ее сферической поверхности неизмеримо больше 4> приращения кривизны на ее поверхности за счет местной ошибки изготовления.

Кроме трго, возможно производить определение чувствительности в любых условиях, так как отсутствует необходимость механического введения в коллимированный пучок дополнительных оптических (эталонных) элементов; которое в ходе эксперимента в ряде случаев вообще оказывается невозможным из-за того, что рабочий объем заполнен исследуемой средой и герметизирован, а внутри устройства не предусмотрены соответствующие эталонные элементы, требующие для размещения дополнительного объема.

Повышение точности в определении чувствительности устройства к входному воздействию и оперативное ее определение в ходе эксперимента приводит к повышению точности и надежности результатов исследований.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования оптических неоднородностей прозрачных сред, содержащее осветитель, световую диафрагму, коллиматорный объектив, фотоприемник и защитное стекло, установленное перед эбъемом для исследуемой среды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности результатов исследований, в него введены герметизированный корпус с двумя отверстиями для прохождения светового потока, дозирующее устройство и плоскопараллельная пластина, причем объектив и пластина установлены в отверстиях корпуса, а дозирующее устройство соединено с внутренним пространством между объективом и пластиной.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве плоскопараллельной пластины использовано защитное стекло.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР !,"- 296950, кл. G 01 В 9/02, 1969.

2. Васильев Л.A.Òåíåâûå методы, N., "Наука", 1968, с.19 (прототип) 742852

Составитель Н . Гусева

Редактор A.Федькина Техред О. Легеэа Корректор N.Koñòà

Заказ 3615/13 Тираж 569 Подпис ное

ЦИИИГИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4