Способ определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения

 

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества в технологии производства дисперсных сред и веществ, в прикладной оптике для контроля атмо сферного аэрозоля, туманов и дымки . Изобретение повышает точность определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения веществ, находя- . в дисп ерсном состоянии Повышение точности достигается тем, что основную информацию получают по многократно рассеянному излучению, которое является помехой в других методах , С этой целью измерения светозых потоков проводят в прямоугольных кюветах известных геометрических размеров а, Ь, с, с трех боковых сторон которых устанавливают поглощающие экраны, измеряют световые потоки, выходчщие через не закрытые экранами стороны кюветы, дополнительно определяют оптические размеры кюветы в направлениях х, у, z, после чего по итерационному алгоритму и значениям потоков и .оптических размеров вычисляют интегральные параметры индикатрисы рассеяния, по которым судят, о ее , форме. 2 табл, 1 ил. S сл С

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

Ц9) (И) G Oi N 21/47

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕ ГЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21} 4188780/31-25 (22) 15. 12,86, (46) 15.07.88. Бюл. Ф 26 (71} Томский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) Б.В.Горячев, В.В,Ларионов, С.Б,Могильницкий, Б.А.Савельев и А.П.Кутлин (53) 535.36(088.8} (56) Гуревич М.М. Фотометрия. Л.:

Знергоатомиэдат, 1983, с. 234-236.

Иванов A.Ï. Физические основы гидрооптики. Минск, 1975 с. 51-54. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества в технологии про-. изводства дисперсных сред и веществ, в прикладной оптике для контроля атмосферного аэрозоля, туманов и дымки .

Изобретение повышает точность определения формы инднкатрисы рассеяния светового излучения веществ, находя- .. щихся в дисперсном состоянии, Повышение точности достигается тем, что основную информацию получают по мно-, гократно рассеянному излучению, которое является помехой в других методах, С этой целью измерения световых потоков проводят в прямоугольных кюветах известных геометрических размеров a b с, с трех боковых сторон которых устанавливают поглощающие экраны, измеряют световые потоки, выходящие через не закрытые экранами стороны кюветы, дополнительно определяют оптические размеры кюветы в направлениях х, у, г, после чего по ит ерационному алгоритму и значениям потоков и .оптических размеров вычисляют интегральные параметры инднкатрисы рассеяния, по которым судят. о ее, форме, 2 табл, 1 ил.

14 09899

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть исполь .зовано для исследования молекулярного состояния вещества, в технологии ,производства дисперсных сред и веществ, в прикладной оптике, оптике атмосферы для контроля атмосферного аэрозоля, туманов, дымки и т.д.

Целью изобретения является повыше- 10 ние точности определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения °

На чертеже изображена схема формования измерительного объема и некоторые элементы устройства, реализующего 15 этот способ.

Поток 1 излучения падает на измерительный объем, ограниченный передней 2 (по отношению к падающему потоку) и задней (не видна) поверхности, тремя поглощающими экранами, закры вающими боковые поверхности (виден ,,только один поглощающий экран 3) и

I фотодиодной матрицей 4, закрывающей четвертую боковую поверхность измери-2 тельного объема, измеряющей величину

: потока I . На чертеже показана также

- диафрагма 5 устанавливаемая на пеЭ

" рйднюю поверхность измерительного

; объема при измерении потоков Т, и 1 .

Такая же диафрагма устанавливается эа заднюю Йоверхность измерительного объема;

Способ осуществляется следующим образом;

В среде без ее модификации, т.е„ в условиях многократного рассеяния., формируется измерительныи объем в форме пр 1оугольного параллелепипеда квадратного сечения, Этот объем осве- 0 щается коллимированным потоком светового излучения. Измеряют геометрические размеры освещенного объема Х

7 =Е и устанавливают с трех боковых сторон поглощающие экраны. После это" 4g

ro любым стандартным методом (с помощью ФЭУ или фотосопротивления) измеряют величины световых потоков, прошедших среду I, и вышедшего через не закрытую экраном боковую поверхность рассеивающего объема излучения I . Закрывают поглощающим экраном четвертую боковую поверхность, уста, навливают соосно на передней и задней поверхностях рассеивающего объема одинаковые диафрагмы с площадью отверстия 0,1-2 мм (в зависимости от типа приемника излучения и площади сечения потока излучения) и в этих, I условиях вновь измеряют величину 1 ! прошедшего потока излучения. Если сигнал I окажется манным, то уменьшают длину XD прямоугольного параллелепипеда с целью уменьшения погрешности измерения. Найденное значение сигнала нормируют на величину падающего коллимированного потока излучения ID оr проходящего через данные диафрагмы без среды, находят логирифм этого отношения и рассчитывают коэффициент ослабления по формуле

1 ID

Ф вЂ” 1п —,, Ха где Х вЂ” геометрический размер измерительного обьема вдоль направления распространения светового потока.

Из величин oL I u I вычисляют г

i+R D =Rо

К = — -ln — — — — Х 1-R -С

D о где К вЂ” функция ослабления, рассчитываемая для слоя данных геометрических размеров оз

С вЂ” интегральный поток и злуч ения„ вышедший через боковую поверхность измерительного объема (C=4 I ), Кд " коэффициент отражения слоя рассеивающей среды полубес" конечной толщины (для данных геометрических размеров), равный к,=ь 4ь -i

i (2+Сг -2С+2С? -21 где Ь—

2 1-I -С

Величины К и R — экспериментальные в отличие от расчетных К, R; (i=1 N)

Форма индикатрисы рассеяния характеризуется интегральными параметрами рассеяния $ J и Р. Известно, что разность интerpальных параметров It, моравиа (-g=1-K,(1+R )/(1-R.) (1)

Предел изменения р равен

hP =- — ——

2(а+1)

2(1-Ко) где а=- — — — --.

K (i+R )

Если в эти уравнения подставить К и R „ то можно найти разность (1,-p) p и предел изменения hp . .Параметры g,P p связаны условием нормировки

1409899 +Р+4 //=1.

Для их вычисления организуют итерационный цикл. Зная JU ®к, подставляют

его значение в условие нормировки +P-=1-4 Р», (2)

Решая совместно (1) и (2), находят первое приближение для < у,р(обозначенные как », Я», Ju ) . Эти значения используют для определения соответст- 10 вующих им величин К и R следующим образом:

> К»-4Р

Р(1- l +У ) R = — — --

K +4Р

» / » (1+R») (1-ех (-К, )) /

К=4

15, -1- — — — — — - — — — —.

Э кр (1+R, exp <-к, )) К

20

// (» К, -Р»(4- »)

=--./- — - - — —К, +р,t4- „)

2+4» 3 (1+R ) (I-ехр(-К с ) )

° = — -„1 — — „— — - — -- — - ——

4- g» (K," "Т(1+ / exp (К" а ))

К, = 4 )й,(1- / ) (1-g„+P,);

К -4Р,(1-3 )

R =- — -- — — ——

K +4р,J1-3»)

В этих уравнениях величина определяется по формуле 7=2Yo.

Производят сравнение параметров

К и R с полученными ранее значениями K u R и, если они не совпадают Уменьшают sHcLBeHHe Рмк»кс HG 35

0,1 p „ и повторяют вычисления по описанному алгоритму. Вновь сравнивают полученные значения К и R c

К и К и продолжают описанную процедуру до их совпадения. Параметры ;, Я;, Ь;, для которой коэффициент К; =

=K и R;=R являются искомыми величинами, по которым судят о форме индикатрисы рассеяния светового излучения. 45

Пример. Проводилось определение формы индикатрисы рассеяния среды, сформированной частицами полистирола, взвешенным в воде.

Освещенный коллимированным потоком 50 объем формировался в стеклянной кювете. Геометрические размеры кюветы

Х@= 1 0 мм, 7 =2»у=50 .ММ

Интенсивность излучения измерялась 55 с помощью ФЗУ 79 со светофильтром на длине волны 3=0,633 мк. Начальная интенсивность регулировалась тепловым источником и равнялась Е =1000 мкА.

Устанавливались с трех боковых сторон непрозрачные черные экраны и проводили измерения I и Е, которые в этом случае были равны:

I =0,4728.

Закрывали поглощающим экраном четвертую боковую поверхность; уста" навливали соосно на передней и задней поверхностях рассеивающей кюветы одинаковые диафрагмы с площадью отверстия от 0,5 до 1 мм . Измеряли I и

I Io=1000 мкА, I =2,5 мкА. Рассчитывали коэффициент ослабления

1 1000

Ы =-- — In — — =600 м

10 2,5

По фор мулам вычисляли К„=О, 40948, K =0,08488, /t, -/=0,7974, sp =0,046.

Выбирали @/=0,045 тогда /, =0,8087, 3» =0,0113. По формулам нашли, что

К, =0,34721, К, =0,11725, что пе соответствует значениям Ro и К0. Уменьшили значения PI на 0,005.

Вычисления приведены в итерационной табл. 1, По полученным параметрам судят об интенсивности рассеяния в различных направлениях. В частности, $- =созО=

=0,7974.

Для сферической индикатрисы рассеяния интегральные параметры равны соответственно: 1.=0,16666; Я =О, 16666;

P=0, 16666; cos8=0.

В качестве примера величины средних косинусов ряда индикатрис приведены в табл. 2, что дает представление о. форме индикатрисы.

Методическая погрешность предложенного способа определена:посред-" ством расчета интегральных потоков из." лучения методом Монте-Карло. Отклонения в расчетах составляет менее 1Х.

Инструментальная погрешность полностью определяется погрешностью измерения интегральных потоков рассеянного светового излучения. Например, если относительная погрешность измерения I<, I равна 57., то величины

2. определяются с погрешнос-. тью 37, Использование изобретения обеспечивает возможность определения формы индикатрисы рассеяния в условиях многократного рассеяния излучения, в связи с чем отсутствуют ограничения на оп тич ес ки е р а з меры ис сл еду е мой среды, повышение точности и оперативности определения формы индикатрисы рассеяния вследствие того, что

1409899 изобретения

Т а б ли ца 1

Р п/п Р

0,8187 О, 0213 О, 308871 О, 1023297

0,04

0,035 0,8287 0,0313 0,3406337 0,099645

° 0,03

0,8387 0,0413 0,3549126 0,09646

О, 025 О, 848 7 О, 0513. О, 3 7273 О, 0925 78

0,020

0,8587 0,0613 0,39593 О, 087672

О, 015 0,8687 О, 0713 0,4285 О, 081143

0,018 0,8627 О, 0653 0,407411 0,085304

О, 176 0,8635 О, 0661 О, 0409903 О, 08479

0,0177 0,8633 0,0659 0,0409274 0,084924

О, 01765 0,8634 О, 066 0,40959 0,08486

О, 01766 0,86338 О, 06598 0,40952 О, 084873

П р и м е ч а н и е: В операциях 7-11 изменен шаг итерации; в строке 11 R„=É =

=0,40948, К «=K =0,084873, т.е. =Оэ86338; р =Оэ 065981 Р=

=0,1766. ногократное рассеяние излучения ес ет ос нов ную и нформацию, а не я вяется помехой, как в нефелометричесих методах, позволяет определить ополнительный интегральный параметр ндикатрисы Ц . ( формула (Способ определения формы иццикатрисы рассеяния светового излучения, заключающийся в том, что наравляют поток излучения на исслеуемую среду, измеряют потоки излуения, рассеянные исследуемой средой в заданных направлениях, о т л и " а ю шийся. тем, что, с целью овышения точности определения формы ндикатрисы рассеяния, перед измере- 20 ниями формируют измерительный объем виде параллелепипеда квадратного ечения, измеряют геометрические размеры измерительного объема, устанавливают с трех боковых сторон погло- щающие экраны, измеряют величины потоков излучения, прошедшего I„ è рассеянного I, через незакрытую экраном боковую поверхность, закрывают поглощающим экраном четвертую боковую поверхность, устанавливают соосно на передней и задней по отношению к падающему излучению поверхностях измерительного объема. одинаковые диафрагмы, вновь измеряют вели1 чину прошедшего потока излучения удаляют из измерительного объема исследуемую среду и измеряют поток излучения ?,,прошедший измерительный объем с диафрагмами без исследуемой среды, а о форме индикатрисы рассеяния судят по интегральным параметрам рассеяния, определяемым из веI личин I, Х, Х, I и геометрических. ра з мер ов и эмери тельного объема. (1409899

Параметр ин дикатрисы

0,753

0,87

0,955

0,946

О, 743 cos 9

Составитель В.Калечиц

Редактор М.Келемеш Техред A.Кравчук Корректор Г.Решетник

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

II gt И

"Острая" "Тупая" Океанская Тупая морская"

Заказ 3471/38 Тираж 847 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Та блица 2

"Молочная"