Устройство для измерения оптических искажений,вызываемых термическими турбулентностями в пузырьковых камерах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

Союз Советсник

Сецмапнстнчесник

Респубпнн iii 935846 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 10 ° 09.80 (21) 2980770/18-25 с присоединением заявки рм (5I)M. Кл.

G 01 Т 5/06

3Ъеударстеенай квинтет

СССР ае лелем нзебретекий и етермтнй (23)Приоритет

Опубликовано 15 ° 06.82. Бюллетень М 22

Дата опубликования описания IS06.82 (53) УДК 621. 387. ,464.(088.8) (72) Авторы изобретения

Е.Д. Камкин, О.В. Ломакин, Е.А. Паршин, В.А. Хмельников и Ю.P.ßêóáoB (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

ИСКАЖЕНИ11, ВЫЗЫВАЕМЫХ ТЕРМИЧЕСКИМИ

ТУРБУЛЕНТНОСТЯИИ В ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕРАХ.

Изобретение относится к измерению оптических искажений, вызываемых термическими турбулентностями в пузырьковых камерах, и может быть применено для исследования оптических искажений в турбулентных средах, и, в частности, в трековых детекторах элементарных частиц, Известны устройства для измерения оптических искажений, вызываемых термическими турбулент нос тями, осно1О ванные на использовании позиционночувствительного фотоприемника для регистрации углов прихода и лИнейных смещений лазерного луча после прохождения турбулентной среды f! j.

И

Все они требуют сквозного прохода луча света через исследуемую среду и не позволяют измерять искажения по всему объему.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержацее лазер, теплоизолированную емкость с турбулентной . средой-жидкостью, представляющую собой макет пузырьковой камеры и имеющую входной и выходной иллюминаторы для сквозного прохода луча лазера, а также позиционно-чувствительный фотодиод и регистрирукиций прибор. После прохождения сквозь турбулентную среду луч света из-эа фпуктуации коэффициента преломпения в ней хаотически смешается в пноскости фотодиода, расположенного за выходным иллюминатором. Искомое . оптическое искажение определяется как среднеквадратичная величина смещения луча лазера от его исходного положения после прохождения турбулентной ср.еды.1 2).

Однако описанное устройство не позволяет измерять оптические искажения по всему объему. Необходимость таких измерений вызывается потребностью увеличения точности восстановления событий в пузырьковых камерах. Кроме того, хотя данное устрой-, 935846

ТЮЛЯе ство и предлагается для использования в пузырьковых камерах, однако в ряде случаев, это не представяется возможным из-за отсутствия в камерах второго иллюмина;гора для

5 сквозного прохода луча лазера. А введение дополнительного отверстия представляет собой сложную техническую задачу и, кроме того, связано с дополнительными проблемами .обес- <6 печения безопасности установки (ослабление корпуса камеры отверстием и введением стеклянного иллюминатора>, а также с нарушением рассчитанной однородности магнитного поля иэ-за введения дополнительного отверстия в ярме магнита.

Цель изобретения — измерение оптических искажений по всему объему пузырьковой камеры без внесения изменения в ее конструкцию.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения оптических искажений, вызываемых термическими турбулентностями в пузырь25 ковых камерах, содержащее лазер, емкость с турбулентной средой и иллюминатором, регистрирующий прибор, дополнительно введены фокусирующее приспособлени для луча лазера, вог39 нутое зеркало с центральным отверстием, расположенным по оси луча лаз ера, фотоэлектронный умножитель, находящийся в фокусе зеркала, юстировочное устройство и катафотные световоэвращатели, имеющие светопоглощающие полосы с монотонно изменяющейся шириной; причЕм катафотные световозвращатели укреплены внутри пузырьковой камеры, а на юстировочном устройстве размещены лазер, фокусирующее приспособление, вогнутое зеркало с центральным отрерстием и фотоэлектронный умножитель, На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения оптических искажений, вызываемых термическими турбулентностями в пузырьковых камерах, на фиг, 2 — внешний вид катафотного световоэвращателя, на фиг. 3область смещения пятна света, обра- 50 эованного лучом лазера в плоскости катафотного световозвращателя, на фиг. 4 — зависимость величины максимальной амплитуды сигнала на выхо° де преобразующего устройства фотоум- М ножителя от ширины светопоглощающих полос катафот1юго световозвращаУстройство содержит лазер 1, фокусирующее приспособление 2, вогнутое зеркало 3 с центральным отверстиФ ем 4, иллюминатор 5 в корпусе пузырьковой камеры 6, которая заполнена турбулентной средс и 7, катафотные световозвращатели 8 с нанесенными на них светопоглощающими полосами, фотоэлектронный умножитель (ФЗУ) 9 и регистрирующий прИбор 10.

Лазер 1, фокусирующее приспособление 2, зеркало 3 и фотоэлектронный умножитель 9 расположены на юстировочном .устройстве 11 и, закрыты светонепроницаемым кожухом 12, На фиг. 2 показан внешний вид катафотного световозвращателя 8 со светопоглощающими полосами 13, ширина которых монотонно1 возрастает, и пропусками незатененного световоз— вращателя 14, имеющих ширину большую, чем диаметр светового пятна, образуемого лучом лазера l.

Луч света от лазера l проходит через фокусирующее приспособление

2, отверстие 4 в зеркале 3, иллюминатор 5, y;ze имеющийся в корпусе пузырьковой камеры 6, объем турбулентной жидкости 7.

Затем луч отражается от катафотного световозвращателя 8 с нанесенными на нем светопоглощающими полосами и, в силу свойств катафотного световоэвращателя, возвращается назад практически по тому же пути. Отразившись от зеркала 3, свет фокусируется на ФЗУ 9, сигналы с которого направляются на регистрирукщий прибор

10, например самописец или ЭВМ.

Использование юстировочного устройства 11 позволяет наводить луч света от лазера I на катафотные световозвращатели 8, размещенные в различных местах исследуемой среды и, таким образом, определять оптические искажения, вызываемые термическими турбулентностями в каждой заданной точке пузырьковой камеры.

Фиг. 3 поясняет принцип работы устройства. Через с обозначен диаметр светового пятна 15, образованного лучом лазера. в плоскости катафотного световоэвращателя, Д2— диаметр круга, внутри которого мэжет находиться центр тяжести светового пятна 15, причем d д -d d =Й +д, d - ширина полосы, меньшая чем d<.

После прохождения турбулентной среды 7 иэ-эа флуктуаций коэффи46

Формула изобретения

5 9358 циента преломления луч света от лазера 1 хаотически смещается, причем так, что геометрическим местом точек в пло=кости катафотного светавозвращателя 8, где может находиться.центр тяжести светового пятна

15, оказывается круг диаметром

I если среда однородно турбулентна.

Если центр пятна 15 при отсутствии турбуленции совместить с серединой 10 светопоглощающей полосы 13 шириной

d c d то после возникновения туро буленций световое пятно может с определенной вероятностью целиком ! выходить за пределы этой полосы. Это 15 значит, что наряду со световыми сигналами малой величины на фотоумножитель 9 поступают сигналы максимальной величины, так как ширина пропусков 14 заранее выбирается больше ди- 20 аметра светового пятна 15.

Юстировочное устройство 11 дает возможность последовательно наводить луч от лазера I на светопоглощающие полосы 13 все большей ширины. 25

Когда ширина полосы 13 превышает размер d, пятно света 15 уже не может выйти за ее пределы полностью, т.е. часть пятна экранируется светопоглощающей полосой 13,,и максимальная 50 величийа сигнала, поступающего на фотоумножитель 9, начинает постепенно спадать. При ширине полосы 13, равной d световое пятно 15 может выходить эа ее пределы не более чем

35 наполовину, и максимальная величина сигнала, регистрируемого фотоумножителем 9,, равна половине сигнала получаемого при отражении от не1 затененного световоэвращателя. При

40 ширине светопоглощающей полосы 13 равной или большей dy световое пятно 15 полностью экранируется ею.

На фиг. 4 показана зависимость величины максимальной амплитуды сигнала V на выходе преобразующего

„@со устройства фотоумножителя от шири( ны светопоглощающих полос 13, отне- сенная к амплитуде сигнала Ч-, получаемого от незатененного катафотного световозвращателя. Ширина-полоcbi d соответствующая Ч /Ч =0,5,. ниах равна диаметру круга d радиус которого и является искомой величиной оптических искажений луча света, прошедшего слой турбулентной бреды так как она равна величине максимально возможного смещения центра тяжести пятна света относительно исхбдного положения. Отсюда следует ограничение на минимальную величину оп-. тических искажений, измеряемых устройством, которая зависит от диаметра светового пятна, образуемого лучом лазера в плоскости катафотного световозвращателя, и равна радиусу этого пятна. Фокусирующее приспособление 2 дает возможность получить требуемый диаметр луча света от лазера (в нашем случае 0,2 мм) в плоскости катафотного световозвращателя 8.

Иэ принципа обратимости световых лучей в геометрической оптике следует, что луч света от пузырька, образующего трек элементарной частицы, смещается на пленке фотоаппарата пропорционально найденной величине dg/2.

Если турбулентная среда неоднородна, а имеет какие-либо дополнительные локальные области турбуленции, то, располагая светопоглощающие полосы под различными углами, как это сделано в стандартной мере, можно определить то направление, в котором искажения достигают максимальной величины, а значит и судить о направлении "потоков локальной нестабильности турбулентной среды.

Использование .предлагаемого устройства дает воэможность измерять оптические искажения по всему объему пузырьковой камеры и в-подобных установках, где имеетея воэможность размещения катафотных световоэвращателей, Применение устройства возможно без внесения изменений в конСтрукцию камеры. Устраняется необходимость использования дорогостоящего позиционно-чувствительного фотодиода со сложной преобразующей аппаратурой. Измерение оптических искажений, вызываеI мых термическими турбулентностями, позволит учитывать их при обработке информации и, таким образом, повысить точность восстановления событий в пузырьковых камерах.

Устройство для измерения оптичес" ких искажений, вызываемых термическими турбулентностями в пузырьковых, камерах, содержащее лазер, емкость с турбулентной средой и иллюминатором, регистрирующий прибор, о т935846 8 ющее приспособление, вогнутое зеркало с центральным отверстием и фотоэлектронный умножитель. личающееся тем, что, с

/ целью иэмерейия искажений по всему объему камеры, в устройство дополнительно введены фокупирующее приспособление для луча лазера, вогнутое S зеркало с центральным отверстием, расположенным по оси луча лазера, фотоэлектронный умножитель, находящийся в фокусе зеркала, юстировочное устройство и катафотные световоз-1 вращатели, имеющие светопоглощающне полосы с монотонно изменяющейся ш финой, причем катафотные световозвращатели укреплены внутри пузырьковой камеры, а на юстировочном устройстве размещены лазер, фокусируИсточники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Бажинов В.А. и др. Лазерный микрорефрактометр для измерения градиентов температур в жидкостях.

ПТЭ, 1979, ¹ 2, с. 280.

2. Тоа1 Ч. Measurements of Optical Оistortion Arising from Thermal

Turbulence with Applicatl6n Bubble

Chambers. - J. Phys.D. Appl. Phys., чо1. 9, 1976 (прототип).

935846 еа!

f,D

О, гю Ог1 г2 рие. ф

Заказ 4203 47 Тираж 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал IIIIII Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Кондратенко

Редактор Л. Алексеенко Техред М. Тепер; Корректор Н.Стец