Визуализирующая диафрагма

(51) 5 С 01 М 21/4 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГННТ СССР КОМИТЕТОЧНРЫТИЯМ БРЕТЕНИЯЬСТВУ Н АВТОРСНО ЕТЕЛ(56) Авторское свидетельство СССРР 525911, кл. Ь 02 И 27/38, 1976Авторское свидетельство СССРУ 10004823, кл. С 01 И 21/45, 1983. а 4) ВИЗУАПИЗИР УЮЩАЯ ФРАГЕМА ОПИСАНИ 80155749(57) Изобретение относится к приборам для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах теневым методом. Цель изобретения -повышение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности. Визуализирующая диафрагма содержит примыкающиедруг к.другу кольца 1, 2, 3 одинаковой ширины, выполненные из светофильтров трех основных цветов, ицентральную фигуру 4, диаметр которой равен ширине кольца, а цвет совпадает с цветом внешнего кольца 1.1557491 1 б едакто тор О, Кравцова Копч Подписное аж 50 арс Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л. Гагарина, 101 каз 714НИИПИ Го Составитель Ю Техред М,Хода енного комитета13035, Москва,80 Ю РЮдфсы Фоа 7 Гриневач Кор о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб д, 4/5155791 По одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуали- ф зирующей диаАрагмы, в средней части колец 1, 2, 3 расположены непрозрач 5 ные Аигуры 5, 9 и бесцветная фигура 8, а по другую сторону от нее в средней части колец 1, 2, 3 расположены бесцветные Фигуры 6, 10 и.Ипрозрачная Фигура 7, Непрозрачные и бесцветные Аигуры, размещенные в соседних кольцах, чередуются, Ширина непроз Изобретение относится к приборам для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах теневым методом и может быть использовано при изучении обтекания тел газовым потоком, исследовании процессов горения и взрыва. Особенно удобна , предложенная диаАрагма при проведении дорогостоящих экспериментов и исследовании плоховоспроизводимых процессов, так как позволяет при одном просвечивании получать инАормацию как о величине, так и о направлении отклонения света в прозрачных неоднородностях. 30Цель изобретения - повышение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.На Аиг. 1 представлена визузлизи рующая диафрагма; на фиг. 2-4 - графики для внутреннего, среднего и внешнего колец соответственно, на которых по оси абсцисс отложена минимальная ширина фигуры в долях ширины кольца, по оси ординат - площадь части изображения осветительной диафрагмы, не перекрытая Фигурой, в процентах от общей площади изображения осветительной диайрагмы; на Фиг. 5-7 - графики для внутреннего, среднего и внешнего колец соответственно, где по оси абсцисс отложена величина смещения изображения осветительной диафрагмы с самой широкой части Фигуры по кольцу, в градусах, по оси ординат - площадь части изображения осветительной диафрагмы, не перекрытая фигурой, в процентах от общей площади изображения осветительной диафрагмыеВизуализирующая диафрагма выполнена в виде круга, составленного из примыкающих друк к другу разноцветных рачных и бесцветных фигур монотонноизменяется по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центрвизуализирующей диаАрагмы, в интервалах от 0,02-0,04 до 0,6 ширины кольцадля внешнего кольца 1 и от 0 - 0,04до 06 ширины кольца для среднего 2и внутреннего 3 колец, а по другуюсторону от нее - в интервале от0,1-0,12 до 0,8 ширины кольца для колец 1, 2, 3. 7 ил, 1 табл. колец 1 - 3, имеющих одинаковую ширину и выполненных из светофильтров основных цветов, и центральной Фигуры 4, диаметр которой равен ширине кольца, а цвет совпадает с цветом внешнего кольца 1. В средней части кольца 1, по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр виэуализирующей диафрагмы, размещена непрозрачная Фигура 5, а по другую сторону от нее - бесцветная фигура б, Непрозрачная 7 и бесцветная 8 фигуры размещены на кольце 2. Непрозрачная 9 и бесцветная 10 фигуры размещены на кольце 3. Непрозрачные и бесцветные Аигуры, размещенные на соседних кольцах, чередуются: непрозрачная фигура 7 лежит между бесцветными Фигурами б и 10, непрозрачная фигура 9 лежит между бесцветными Аигурами 10 и 8, бесцветная Фигура 10 лежит между непрозрачными фигурами 7 и 9, бесцветная Фигура 8 лежит между непрозрачными фигурами 5 и 9.Максимальная ширина каждой иэ Фигур б, 7 и 10, лежащих по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуалиэирующей диафрагмы, составляет 0,6 ширины кольца. Минимальная ширина фигуры б, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, лежит в интервале (0,02-0,04) ширины кольца. Минимальная ширина фигур 7 и 10, рас положенных соответственно на среднем и внутреннем кольцах визуализирующей диаАрагмы, лежит в интервале(0-0,04) ширины кольца.Максимальная ширина каждой из фигур 5, 8 и 9, расположенных по другую сторону от вертикальной линии проходящей через центр визуалиэирующей диафрагмы, составляет 0,8 ширины15574 кольца, минимальная ширина каждой из них лежит в интервале 0,1-0,12 ширины кольца.Центральная фигура 4 и внешнее кольцо 1 могут быть изготовлены, на 5 пример, йз синего светофильтра, а кольца 2 и 3 - из зеленого и красного светофильтров соответственно. Ширина фигур изменяется по линейному закону.Виэуализирующая диафрагма работает следующим образом.Ее устанавливают в Фокальной плоскости теневого прибора так, чтобы в отсутствии объекта исследования изображение круглой осветительной диафрагмы совпало с центральной фи, гурой 4, цвет которой определяет Фон, на котором визуализируется объект 20 исследования. В данном случае визуализация осуществляется на синем фоне. Лучи света, прошедшие через прозрачные неоднородности объекта исследования, строят изображение осветительной диафрагмы, смещенное относительно центральной фигуры 4При смещении изображения осветительной диаф-.рагмы по радиусу от центра к периферии изображение прозрачной неоднородности окрашено в пурпурные цветаза счет смещения синего и красногосветовых потоков до тех пор, покаизображение осветительной диафрагмыполностью не выйдет за пределы центральной фигуры 4, Изображение прозрачной неоднородности будет красногоцвета, когда иэображение осветительной диафрагмы полностью сместитсяна кольцо 3, выполненное из красного 4 Осветофильтра. Все оттенки оранжевогои желтый цвета соответствуют смещению изображения осветительной диафрагмы с кольца 3 на кольцо 2, Изображение прозрачной неоднородности будет 45зеленого цвета, когда изображениеосветительной диафрагмы полностьюсместится на кольцо 2. Зелено-синиецвета соответствуют смещению изображения осветительной диаФрагмы с коль Оца 2 на кольцо 1 синего цвета. Синийцвет соответствует смещению изображения осветительной диафрагмы полностью на кольцо 1,Таким образом, цветовой тон ко-,дирует величину углового отклонениясвета в прозрачной неоднородности,В том случае, когда изображениеосветительной диафрагмы полностью 91 6лежит в пределах одного кольца (светофильтра одного цвета), смешениеизображения осветительной диафрагмыпо кольцу сопровождается изменениемяркости или чистоты цвета в плос"кости изображения в зависимости оттого, по непрозрачной или бесцветной Фигуре смещается изображение осветительной диафрагмы, При этом цветовой тон сохраняется без изменения.Например, при смещении изображения11 осветительной диафрагмы по непроз.рачной Фигуре 5 от более узкой еечасти в сторону более широкой частив плоскости изображения уменьшаетсяяркость синего цвета в соответствиис увеличением доли изображения осветительной диафрагмы, задиафрагмированного непрозрачной фигурой.Прианалогичном смещении иэображенияосветительной диафрагмы по бесцветной Фигуре в плоскости изображенияуменьшается чистота синего цвета всоответствии с увеличением доли белого света, проходящего через бесцветную фигуру. Таким образом, яркостьи чистота цвета кодируют направлениеотклонения света в прозрачной неоднородности,В том случае, когда изображениеосветительной диафрагмы смещаетсяна светофильтры двух цветов, при перемещении изображения осветительнойдиафрагмы по окружности изменяется нетолько яркость и чистота цвета, но ицветовой тон,Изменение характеристик цвета(цветового тона, яркости, чистотыцвета) в плоскости иэображения присмещении изображения осветительнойдиафрагмы по одну сторону от вертикаль.ной линии, проходящей через центрвизуализируюшей диафрагмы, постигается за счет различной протяженностиФигур, размещенных на внешнем, среднем и внутреннем кольцах визуализирующей диафрагмы, различной минимальной ширины фигур и чередования непрозрачных и бесцветных фигур накольцах виэуализирующей диафрагмы. Различие в изображениях прозрачных неоднородностей, смещающих изображение осветительной диафрагмы в положения 12 и 13, лежащие на одной окружности и размещенные симметрично относительно вертикальной линии, проходящей через центр визуалиэирующей диафрагмы, достигается за счет раз 155749145 личной минимальной и максимальнойширины Фигур, размещенных на одноми том же кольце по обе стороны отвертикальной линии, и чередованиембесцветных и непрозрачных Фигур, размещенных на кольцах визуализирующейдиафрагмы, .Выбор интервала, в котбром изменяется ширина непрозрачных и бесцветных Фигур, определяется следующим,При смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкуючасть непрозрачной фигуры освещенность в плоскости изображения должнабыть достаточна для того, чтобы глазразличал цветовой тон, При смещении,изображения осветительной диафрагмыпо бесцветной Фигуре в плоскостьизображения не должны проходить слишком разбеленные цвета, цветовой тонкоторых трудно определить. Для выполнения этого требования необходимо,чтобы площадь, не перекрытая фигурой, при смещении иэображения осветительной диафрагмы на ее самую широ,кую часть составляла не менее 10 Хвсей площади изображения осветительной диафрагмы. 3011 иафрагма должна обеспечить заметное для глаза различие в иэображенияхпрозрачных неоднородностей, отклоняющих изображение осветительнойдиафрагмы в положения, лежащие наодной окружности и расположенные симметрично относительно вертикальнойлинии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы. 11 ля выполненияэтого требования необходимо, разместив Фигуры с различной максимальнойшириной по разные стороны от вертикальной линии, проходящей черезцентр визуалиэирующей диафрагмы, выбрать минимальную ширину каждой изних так, чтобы разница в площадях,не перекрытых фигурами при смещенииизображения осветительной диафрагмына самые узкие части фигур, составила не менее 83. Поскольку пороговоеразличие для яркости около 27, ачувствительность глаза к изменениючистоты цвета зависит от длины волны:для красного цвета с Л = 100 нм наблюдается 25 ступеней насыщенности,длясинего цвета с Л = 450 нм - около22 ступеней насыщенности, для зеленого цвета с Ь = 520 нм " около 19ступеней насьпценности, отличие в пло щадях не менее 8 Е обеспечивает значительное превышение пороговых различий яркости и чистоты цвета в плоскости изображения. Отличия в изображениях прозрачных неоднородностей возрастают по мере увеличения разности площадей.Поскольку внешнее кольцо и центральная Фигура визуализируюшей диафрагмы выполнены иэ светофильтра одного цвета, визуализирующая диафрагма должна обеспечить заметное различие в световых потоках, проходящих в плоскость изображения через центральную Фигуру и внешнее кольцо, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую узкую часть фигуры.Выполнение этого требования обеспечивается, если при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую узкую часть Фигуры площадь, перекрытая Фигурой, отличается от площади изображения осветительной диафрагмы не менее, чем на 8 Х.Диафрагма должна обеспечить увеличение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.Выполнение всех указанных требований обеспечивается за счет выбора максимальной и минимальной ширины Фигур, размещенных на кольцах визуализирующей диафрагмы.Приведенная таблица позволяет удовлетворить первому требованию, связанному с выбором максимальной ширины Фигур. Таблица характеризует пропускание цветного светового потока в плоскость изображения при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые широкие части Фигур различной максимальной ширины, размещенных на внешнем, среднем и внутреннем кольцах визуализируюп 1 ей диафрагмы. Максимальная ширина Фигурыв доляхшириныкольца Площадь иэобракення осветительной диафрагмы, не перекрытая фигурой, в И от площади изображения осветительной диафрагмы,Сред- Внутреннее нее коль- кольцо цо Внешнее кольцо 31,3 22,6 11,2 0,6 0,.7 0,8 32,626148 40,8 30,6 23,210 Минимальная ширина фигуры, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, лежит в интервале(0,02 - 0,04) ширины кольца. При минимальной ширине Фигуры меньше 0,02ширины кольца не выполняется третьетребование, предъявляемое к диафрагме. При минимальной ширине фигурыбольше 0,04 ширины кольца уменьшается различие между площадями, неперекрытыми фигурами, при смещенииизображения осветительной диафрагмына самые узкие части Фигур, размещенных на одном кольце, Это влечет засобой уменьшение различия в иэображениях прозрачных неоднородностей,вызвавших:такие смещения,Таким образом, ширина фигур,размещенных на кольцах визуалиэирующейдиафрагмы по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через еецентр, монотонно изменяется в интервалах (О - 0,4) - 0,6 ширины кольцадля внутреннего и среднего колеци (0,02-0,04) - 0;6 ширины кольцадля внешнего кольца.По другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр 9. 15574Иэ таблицы видно, что первому требованию удовлетворяют все фигуры, максимальная ширина которых равна или меньше 0,8 ширины кольца. При максимальной ширине фигуры больше5 0,8 ширины кольца при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкую часть Фигуры внешнего кольца в плоскость изображения10 ,пройдет слишком мало света для того, чтобы глаз смог различить цветовой тон. При максимальной ширине фигуры меньше 0,6 ширины кольца сокращается интервал изменения яркости (чистоты цвета) в плоскости изображения при15 смещении изображения осветительной диафрагмы по Фигуре и, как следствие, уменьшается точность определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.Из трех Фигур, удовлетворяющихпервому требованию, для размещенияпо обе стороны от вертикальной линии7проходящей через. центр визуализирую 25щей диафрагмы, целесообразно выбратьФигуры с максимальной шириной О,би 0,8 ширины кольца, так как ониобеспечивают максимальную разницуплощадей, не перекрытых фигурами,при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкую частьих вПри выборе минимальной ширины Фигур учитывается необходимость выполнения для фигур, размещенных на 35внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы, второго требова.ния, предъявляемого к диафрагме (разница в площадях, не перекрытых фи гурами, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части Фигурбольше или равна ЯХ), а для фигур, размещенных навнешнем кольце визуализирующей диаф рагмы, не только второго, но и треть его требования (площадь, перекрытая фигурой при смещении изображенияосветительной диафрагмы на самую узкую часть Фигуры, должна отличаться от площади изображения осветитель ной диафрагмы не менее, чем на 8 Х).Оценку площадей проводили на основе анализа графиков 14-19. Цифрами обозначены прямые, характеризующие фигуры, максимальная ширина которых соответственно равна О,б и 0,8 ширины кольца соответственно.Иэ анализа графиков следует, что по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, целесообразно выбрать следующие интервалы изменения минимальной ширины фигур: (О - 0,04) ширины кольца для фигур с максимальной шириной 0,6 ширины кольца, размещенных на внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы и (0,02 - 0,04) ширины кольца для фигуры с той же максимальной шириной, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, Минимальную ширину всех фигур, размещенных по другую сторону от вертикальной линии, целесообразно выбрать равной О, 1 - О, 12 ширины.кольца. Максимальная ширина каждой из них составляет 0,8 ширины кольца.Расширение интервала (О - 0,04) ширины кольца, в котором может изменяться минимальная ширина фигур, размещенных на внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы, повлечет за собой уменьшение различия между площадями, не перекрытыми фигурами одного кольца, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие их части, а затем и невыполнение второго требования, предъявляемого к диафрагме.155749 20 30 45,50 визуализирующей диафрагмы, ширина фигур монотонно изменяется в интервале (О, 1 - О, 12) - 0,8 ширины кольца для всех трех колец визуалиэирующей диафрагмы. При минимальной ширине фигур меньше О, 1 ширины кольца уменьшается различие между площадями, не перекрытыми фигурамипри смещении, изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части Фигур, размещенных на одном и том же кольце. Это уменьшает различие в изображениях прозрачных неоднород" ностей, вызвавших такие смещения. При миндальной ширине фигур больше О, 12 ширины кольца уменьшается точность определения направления отклонения света при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигурам, размещенным на внутреннем, среднем и внешнем кольцах визуализирующей диафрагмы.Таким образом, по другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафраг-. мы, ширина Фигур монотонно изменяет ся в интервале (0,1-0,12) - 08 ширины кольца.На Фигурах 5-7 представлены графики, позволяющие оценить точность, с которой определяется направление отклонения света в прозрачной неод-. нородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по кольцам виэуалиэирующей диафрагмы. Цифрами 20 - 22 обозначены прямые, характеризующие точность определения направления отклонения света при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной 0,6 ширины кольца, , и минимальной шириной, соответст" вующей границам интервалов, в которых может изменяться минимальная ширина Фигур. (для внутреннего и среднего колец это 0 и 0,04 ширины кольца, для внешнего кольца 0,02 и 0,04 ширины кольца), Цифрами 23 - 25 обозначены грямые, характеризующие точность определения направяения отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца, и минимальной шириной. соответствующей границам интервала, в котором может изменяться минималь 1 12ная ширина фигур, т,е, 0,1 - О, 12ширины кольца.Поскольку яркость цвета в изображении прозрачной неоднородностипропорциональна доли изображения осветительной диафрагмы, попадающейна незадиафрагмированную частькольца, а чистота цвета пропорциональна доли изображения осветительной диафрагмы, не попадающей на бесцветную фигуру, графики, представленные на фиг. 5 - 7, одновременнодают представление аб изменении яркости и чистоты цвета в плоскостиизображения при смещении .изображения осветительной диафрагмы по фигурам, ширина которых изменяется вприведенном примере по линейномузакону в указанных интервалах.тИз графика, представленного наФиг.5, следует, что изменение на 8 Еплощади, не перекрытой Фигурой,значительно превосходящее пороговыеразличия яркости и ступени насыщенности цвета в плоскости изображения,обепечивается при смещении изображения осветительной диафрагмы на21 - 23 о (при смещении по фигуре смаксимальной шириной, равной 06ширины кольца) и на 19 - 20 (присмещении по Фигуре с максимальнойшириной, равной 0,8 ширины кольца).Таким образом, точность определения 5 направления отклонения света в прозрачной неоднородности при смещенииизображения осветительной диафрагмыпо внутреннему кольцу визуализирующей диафрагмы составляет не ме нее 23 О Иэ графика, представленного на Фиг,б, следует, что при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной О,б ширины кольца, направление отклонения света в прозрачной неоднородности определяется с точностью 20 - 22 О. При смещении изображения осветительной диафрагмы по Фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца, направление отклонения света определяется с точностью 18 - 19.Таким образом, точность опреде" ления направления отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по среднему кольцу визу" ц/ Ф О,0,08 ИИВ. КОЯЬЦЙ 15574 ализирующей диафрагмы составляет не менее 22Иэ графика, представленного на фиг.7, следует, что при смещении5 изображения осветительной диафрагмы по Аигурам, размещенным на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, направление отклонения света в прозрачной неоднородности определяется с точностью 21 - 22 при смещении по Аигуре.с максимальной шириной, равной 0,6 ширины кольца, и с точ ностью 18-19 при смещении по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца.Поскольку минимальная точность, с которой определяется направление отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения ос ветительной диаАрагмы по ее кольцам, составляет 23 , эта точность прийиомается за точность, обеспечиваемую всей визуализирующей диафрагмой.Таким образом; визуализирующая 25 диафрагма позволяет определить направление отклонения света в прозрачной неоднородности с точностью не менее 23Формула изобретенияВизуализирующая диафрагма тенево-" 30 го прибора, содержащая примыкающие 91 14друг к другу кольца, выполненные иэ светоАильтров трех основных цветов, и центральную Аигуру, цвет которой совпадает с цветом внешнего кольца, а диаметр равен ширине внутренних колец, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности, в средней части каждого кольца по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диаАрагмы, размещена непрозрачная Аигура, по другую сторону от нее - бесцветная Аигура, причем непрозрачные и бесцветные фигуры, размещенные на соседних кольцах, чередуются, а их ширина монотонно изменяется по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр виэуализирующей диаАрагмы, в интервалах от 0,02 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для внешнего кольца и от 0 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для среднего и внутреннего колец, а по другую сторону от нее в интервале от 0,.1 - 0,12 до 0,8 ширины кольца для всех трех колец визуализирующей диаАрагмы, при этом ширина внешнего кольца равна ширине ,внутренних колец.