Устройство для измерения измененийкоэффициента преломления прозрачныхсред c градиентом коэффициента пре-ломления

 

Союз Советскнн

Сецналнстнческнк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ".КОМУ СВИ ВТВЛЬСТВУ п>807164 (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 20. 11 . 78 (21)2б87771/18-25 с присоединением заявки No (23) Приоритет

Опубликовано 230231 Бюллетень Н9 7

Дата опубликования описания 23Д 281

{51)М. Кл.

G 01 N 21/46

Государственный коинтет

СССР по делан нзобретеннй н открытнИ (53) УДК535. 322. 4 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.Д.Чашечкин и В.А.Попов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД С ГРАДИЕНТОМ

КОЭФФИЦИЕНТА. ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к оптическим приборам, предназначенным для изучения распределения и флуктуаций плотности прозрачных сред по распределению и изменению их коэффициента преломления.

Известно устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, содержащее источник света, объектив, диафрагму, нож и приемную часть (11 .

К недостаткам этого устройства относится малое число замеряемых точек объекта и ограниченный круг объектов исследования, так как при измерении необходимо, чтобы свойства объекта были постоянными в течение долгого времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник света, объективы, диафрагму и приемную часть.

Измерение угла отклонения проводимости проводится по определению смещения теней от диафрагмы, пред= ставляющей собой набор темных деталей на прозрачном фоне. Поскольку при количественных измерениях необходимо находить точки плоскости изображения, соответствующие одной и той же точке диафрагмы до и после введения неоднородности, наибольшее распространение получили диафрагмы, имеющие фор у чередующихся темных и светлых полос-решетки с постоянным периодом, равным сумме толщины обычно одинаковых светлых и темных полос (21.

К недостаткам устройства относится трудоемкость операции отождествления теней, особенно когда исследуемые неоднородности имеют сложную форму, т.е. тени раздваиваются,перепутываютl5 ся и меняются местами. Попытки прибег.»нуть к специальным приемам — выделить штрихи, изменить их толщину, раскрасить промежутки между штрихами, не всегда позволяют получить однознач20 ную интерпретацию снимка.

Цель изобретения — увеличение объема информации о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления в средах с градиентом плотности (стратифицированных средах).

Эта цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения изменений коэффициента преломления

30 прозрачных сред с градиентом коэф807164 фициента преломления, содержащее теплеровскую систему, включающую в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения белого света, объектива, формирующего изображение источника, диафрагмы со щелью коллиматорного объектива и приемную часть в виде коллиматорного объектива установленной вблизи его фокуса решетки, состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, объектива, Формирующего изображение исследуемой среды,и регистрирующего прибора,щель диафрагмы расположена перпендикулярно направлению среднего градиента коэффициента преломления исследуемой среды, а решетка установлена параллельно щели. При этом ширина щели не более 0,1 мм, а период решетки в пределах 0,1-10 мм.

На чертеже изображена блок-схема 20 предлагаемого устройства. устройство включает в себя источник 1 белого света с непрерывным (лампа накаливания) или линейчатым спектром (ртутная лампа), объектив 5

2, формирующий изображение источника, диафрагму 3 в виде плоской щели, коллиматорный объектив 4, кювету 5, заполненную исследуемой стратифицированной средой, в которой в невозмущенном состоянии коэффициент преломления меняется вдоль оси Z,ïpèåìíûé коллиматорный объектив б, установленную вблизи его фокуса плоскую решетку 7, состоящую из системы прозрачных и . непрозрачных полос, объектив 8, формирующий иэображение исследуемой среды, и регистрирующее устройство

9 (фото, кинокамера, телевизионная камера, фотоэлемент). устройство работает следующим образом.

Белый свет, излучаемый источником

1, проходит через объектив 2, форми- 45 рующий иэображение источника, диафрагму с плоской щелью, расположенную в фокусе коллиматарного объекти-,. ва 3, и поступает в кювету с исследуемой средой, в которой в невозму- Я щенном состоянии находится средний градиент коэффициента преломления и (z) (вызванный, например, средним градиентом плотности при исследовании процессов в стратифицированных жидкостях или газах). Щель в этом случае расположена горизонтально. При прохождении через невозмущенную исследуемую среду параллельный пучок света отклоняется на некоторый угол, величина которого определяется средним градиентом коэффициента преломления и длиной волны k., При этом в фокальной плоскости получается широкое изображение щели, образованное наложением друг на друга спектрально 65 окрашенных иэображений осветительной щели, образованных лучами, проходящими на различной высоте в исследуемой среде. Темные полосы периодической решетки 7 частично перекрывают цветные иэображения щели, и в поле зрения приемного объектива формируется изображение исследуемой среды, окрашенно . в систему цветных спектральных полос, параллельных щели и полосам диафрагмы. В жидкости с однородным значением градиента плотности максимальное число полос равно удвоенному значению числа штрихов в решетке, причем спектры являются обращенными относительно центра изображения.

В жидкости со сложным нелинейным рас- пределением плотности число полос увеличивается, поскольку на данный штрих диафрагмы приходят лучи из различных частей изображения.

В большинстве случаев смещение д изображения щели определяется выражением

6= nf Lx л i1 — ) =иФьх-ах — 0

Ди, г 2(ьл) B dn (О где f — фокус коллиматорного объектива;

LX — геометрическая длина хода луча в исследуемой среде; локальное значение градиента коэффициента преломления, коэффициент преломления,  — коэффициент

2(оЛ)В ()

Ширина спектра зависит от дисперсионных свойств жидкости (вида функциональной зависимости по(),значений коэффициента В). В тех случаях, когда градиент коэффициента преломления является сложной функцией от z,âñþ исследуемую область можно представить разбитой на зоны, в которых

dn„ /dz=const с требуемой степенью точности, и каждая такая зона создает свое изображение щели, удаленное на расстояние (7 от центра. Полная ширина изображения определяется величиной максимума и минимума значений градиента коэффициента преломления в исследуемой среде. Выбирая ширину и число штрихов на решетке с учетом формулы (1), можно в изображении среды выделить интересующие значения градиента коэффициента преломления во всем диапазоне его изменения.

При протекании физических процессов,в исследуемой среде изменяется локальное значе::ие n, (z); dn< !dz и соответственно угол отклонения луча, прошедшего через данную область жидкости, и его положение д относительно неподвижной решетки. Первоначальное положение цветных полос нарушается, в образующемся иэображении величина смещения полосы данного цвета пропорциональна величине изменения градиента коэффициента прелом807164 ления. Полученное изображение регистрируется с помощью фотокиноаппарата или видеомагнитофона.

Устройство для измерения коэффицинта преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления по сравнению с известными устройствами, позволяет существенно увеличить объем информации о распределении и харак=ере возмущений градиента коэффициента преломления.

Для количественных измерений в боль- О шинстве случаев при необходимости прибегать к фотометрированию образующихся кинограмм, достаточно измерить линейкой смещение полосы данноГо цвета, чтобы определить ве- 15 личину изменения dna/dz . Получающееся в данном устройстве цветное изображение обеспечивает существенное повьиаение информативности о внутренней пространственной структу- „ ф ре протекающих процессов, по сравнению с традиционным теневым методом (диафрагма — нож), вследствие чего становится возможным непосредственно измерять ряд новых характеристик (распределение амплитуд возмущений по пространству, групповую и фазовые скорости распространения) в жидкостях с постоянным и переменным значениями градиента коэффициента преломления. Такое устройство может быть З успешно использовано в лабораторных условиях при, исследовании прозрачных неоднородностей при нестационарных процессах в жидкости с градиентом плотности, и особенно при изучении пространственной структуры процессов в среде с неоднородным градиентом коэффициента преломления, которые не могут быть изучены и интерпретированы достаточно полно с помощью известных приборов.

Формула изобретения

1.устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления, содержащее теплеровскую систему, включающую в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения белого света, объектива, формирующего изображение источника, диафрагмы со щелью, коллиматорного основного объектива,и приемную часть в виде коллиматорного объектива, установленной вблизи его фокуса решетки, состоящей из ,системы прозрачных и непрозрачных полос„ объектива, формирующего изображение исследуемой среды, и регистрирующего прибора,, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения объема информации о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления, щель диафрагмы расположена перпендикулярно направлению среднего градиента коэффициента преломления исследуемой среды, а решетка установлена параллельно щели.

2.устройство по п.1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что ширина щели не более 0,1 мм, а период решетки 0,110 мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Васильев Л.А. Теневые методы.

М., "Наука", 1968, с.33-34.

2.Васильев JI.À. Теневые методы.

М., "Наука", 1968, с. 46-51 (прототип) 807164

Составитель Н.Гусева редактор Н.Лазаренко ТехредМ.Голинка,Корректорн Грнгорук

Заказ 774+67 Тираж Ив Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений И открытий

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

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