Имитатор излучения дисперсной среды

Изобретение относится к физическим моделям процессов и может применяться для имитации излучения раскаленных частиц, образующихся в энергетических установках, при производстве новых материалов и напылении покрытий, при отработке и градуировке приборов, в частности пирометров излучения. Имитатор содержит расположенные последовательно источник света, входной объектив, волоконный световод, выходной объектив и отражающий экран. Экран выполнен в виде шлифованной поверхности с заданной высотой неровностей. Источник света и входной терминал волоконного световода разделены на одинаковое количество сопряженных между собой частей, а волокна выходного терминала не скреплены между собой, расположены с возможностью перемещения и помещены в движущуюся среду. Части источника света имеют различные спектры излучения. Конструкция имитатора позволяет имитировать излучение дисперсной среды, его рассеяние, движение частиц и флуктуации их концентрации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к физическим моделям процессов и может применяться для имитации излучения раскаленных частиц при отработке и градуировке приборов, в частности пирометров излучения, при измерении температуры частиц дисперсных сред в энергетических установках, при производстве новых материалов и напылении покрытий.

Известны проекционные системы, содержащие источник света и оптическую систему [1]. Такие устройства позволяют имитировать структуру дисперсной среды - чередование областей различной яркости и, в некоторой мере, спектр излучения, используя оптическую систему из материала с заданным коэффициентом пропускания.

Однако такие системы не имитируют особенностей рассеяния излучения частицами дисперсной среды, в результате чего в спектре должны наблюдаться максимумы, положение которых зависит от размеров частиц.

Устройством, наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков, взятым за прототип, является оптическая проекционная система [2], используемая в твердомерах Виккерса, содержащая установленные последовательно осветитель, объектив, окуляр, экран и положительный оптический компонент, установленный перед объективом. Введение в устройство экрана и дополнительного компонента расширяет возможности имитации в случае придания этим элементам определенных свойств, но применение элементов со свойствами, описанными в [2], не позволяет использовать это устройство для имитации дисперсной среды, поскольку данное устройство предназначено для проецирования поверхности твердого тела после ее испытания.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение точности имитации излучения дисперсной среды за счет имитации температуры частиц, рассеяния излучения частицами, флуктуации концентрации частиц и их движения.

На чертеже изображен предлагаемый имитатор.

Имитатор содержит расположенные последовательно источник света 1, оптическую систему 2 и отражающий экран 3. Экран выполнен в виде шлифованной поверхности, а длина волны света λ, угол падения луча на экран α и средняя высота неровностей поверхности h подобраны так, что выполняется условие: . Оптическая система выполнена в виде двух объективов и расположенного между объективами оптического элемента, выполненного в виде волоконного световода, при этом входной терминал световода расположен в плоскости формирования изображения источника, а экран - в плоскости формирования изображения выходного терминала световода, волокна выходного терминала световода не скреплены между собой и расположены случайным образом с возможностью перемещения, источник света выполнен в виде нескольких частей, имеющих различные спектры излучения, а входной терминал световода разделен на такое же количество частей, выходной терминал световода помещен в движущуюся среду, имеющую известные оптические характеристики, в частности в поток воздуха.

Имитатор работает следующим образом.

Свет от каждой части источника света 1 через первый объектив оптической системы 2 попадает на соответствующий входной терминал световода, излучение выходного терминала, имитируя различную температуру частиц, проецируется вторым объективом оптической системы на экран, который отражает и рассеивает излучение, имитируя рассеяние света частицами, перемещаясь под действием движущейся среды, не скрепленные волокна выходного терминала световода имитируют движение частиц и флуктуации их концентрации.

Экран с заданными характеристиками h и α формирует спектр рассеянного излучения, аналогичный спектру излучения дисперсной среды (в спектре появляется дополнительный максимум) [3]. Оптическая система, содержащая волоконный световод, имитирует структуру дисперсной среды - совокупность светящихся точек. Разделение источника и световода на несколько частей позволяет имитировать различие температур частиц. Размещение волокон выходного терминала с возможностью взаимного перемещения позволяет имитировать перемещения частиц и флуктуации их концентрации. Это обеспечивается размещением выходного терминала в движущейся среде.

Предлагаемый имитатор позволяет одновременно имитировать несколько параметров частиц: температуру, перемещение, концентрацию и флуктуации параметров. Имитатор позволяет сократить сроки экспериментальной отработки средств диагностики дисперсных сред и соответственно сократить затраты.

Имитатор представлен комплектом: источники излучения - эталонные температурные лампы СИ 10-300, объективы - И-23У, экран - полированная медная пластина со средней высотой неровностей 0,5 мкм, световод составлен из набора волокон диаметром 0,5 мм.

Имитатор используется в лабораторных условиях для отработки методики измерения температуры продуктов сгорания. Конструкция имитатора обеспечивает его применимость как в лабораторных, так и в производственных условиях для отработки и калибровки оптических средств измерения концентрации частиц и спектральных приборов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 414559 (СССР).

2. Авторское свидетельство 413368 (СССР), прототип.

3. Степанов Б.И., Иванов А.П. Теоретические и прикладные проблемы рассеяния света. - Минск: Изд. Наука и техника, 1971. - с.198-199.

1. Имитатор излучения дисперсной среды, содержащий источник теплового излучения, оптическую систему и отражающий экран, отличающийся тем, что экран выполнен в виде шлифованной поверхности, а длина волны излучения λ, угол падения луча α на экран и средняя высота неровностей поверхности h подобраны так, что выполняется условие .

2. Имитатор по п.1, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде расположенных на одной оптической оси с источником излучения двух объективов и расположенного между объективами волоконного световода, при этом входной терминал световода расположен в плоскости формирования изображения источника, а экран - в плоскости формирования изображения выходного терминала световода, волокна выходного терминала световода не скреплены между собой и расположены случайным образом с возможностью перемещения.

3. Имитатор по п.2, отличающийся тем, что источник теплового излучения выполнен в виде нескольких ламп накаливания, имеющих различную температуру нагреваемого элемента, а входной терминал световода разделен на такое же количество ламп.

4. Имитатор по п.3, отличающийся тем, что выходной терминал световода помещен в движущуюся среду, имеющую известные оптические характеристики.