Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред

Союз Советских Социалистических Республик31 М 21/46 В 27/38 исоединением заявки-осударстеенный комит Совета Министров ССС па делам изобретений и открытий(43) Опубликовано 05,11,76,Бюллетень41 (45) Дата опуоликования описания 03.03,77 УДК 535. 11, ,087. 4(088,8) 2) Авторы изобретения Б.Д. Золото Чашечки 1) Заявитель) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОЭффИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД О вдоль луча.15 Цель изобретения - увели ние объемения коэ ространовыше ом иен известений ем, чтония изм средтви прозрачнь птические одной опт ины, линзь ок света,ческои формиторой лин Изобретение относится к измерительнойтехнике, в частности к оптическим приборамдля изучения изменений плотности прозрачных сред по изменению их коэффициента прело мления.Известные приборы, применяемые при исследовании процессов обтекания тел в аэродинамических трубах, гидродинамических потоках, барокамерах и т.пименуемые кактеневые, шлирен-приборы, теплеровские,обеспечивают возможность регистрациивозмущений коэффициента преломления прозрачной среды при просвечивании ее параллельным пучком света 11. Эти приборыобладают недостаточно высоким пространственным разрешением, особенно вдоль осипучка света, что существенно ограничиваетвозможность исследования нестационарныхпроцессов в выбранной точке и не позволяютсудить о характере возмущения коэффициента преломления,Известно устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, представляющее собой две узкопольные теплеровские системы со скрещенными в измерительной среде лучами, каждая из которых включает в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения, конденсатора коллиматорного объектива и приемную часть, а также блок обработки сигналов.Этому устройству присущ недостаточный объем информации о характере возмущения коэффициента преломления, особенно при исследовании мелкомасштабных нестационарных возмущений, вследствие неразличимости угловых и линейных смещений лучей, несущих информацию о характере возмущения н ормации о характере в ственного разрешения,Эта цель достигается ное устройство для изме коэффициента преломления введены две идентичные в виде расположенных на оси полупрозрачной плас рующей параллельный пузы, создающей сходящийся пучок, фотоприемника, а также две пары диафрагма-фокусируюшая линза, установленные после коллиматорных объективов перед объемом с исследуемой средой так, чтобы вершины конусов пуч- бков сходились в исследуемой точке.На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит Лазерные источникисвета 1,2; конденсоры (отрицательные линзы) 3,4; коллиматорные объективы 5,6; многоэлементные наборы диафрагм 7-10, выполненные либо идентичными либо подобнымипопарно 7-9, 8-10, например, в виде пластинс многочиспенными малыми ( 0,5 - 1 мм) 5отверстиями, распопоженными по концентричсским окружностям; формирующие сходящийся (конический) пучок света Линзы 11,12, 13, 14; наблюдательные объективы 15,16; ножи Фуко 17,18; полупрозрачные ппастины 19,20 формирующие параплельныйпучок линзы 21,22; фотоприемники 23-26;блок обработки сигналов 27, Выходы фотоприемников соединены со входами блока обработки сигнапов 27,МРаботает устройство следующим образом.Излучение от источников света 1,2 через конденсоры 3,4 коппиматорные объективы 5,6 диафрагмы 7,8, формирующие конические пучки света Линзы 11,12 направ- фляется в исспедуемую среду 28. Распопожение линз 11,12 относительно объема с исследуемой средой выбирают таким, чтобывершины двух сформированных коническихпучков схОдились в исспедуемой точке О.По выходе из исспедуемой среды пучки света попадают на разделительные пластины19,20, При этом часть каждого пучка света проходит разделительную пластину, ачасть отражается от нее. Части пучков, про 40шедшие разделительные ппастины, принимаютса наблюдательными объективами 15,16и поспе фокусировки на ножах Фуко 17, 18направляются на фотоприемники 23,24, Отра 45женные части пучков поступают на формирующие параллельные пучки света линзы 21,22, Сформированные параллельные пучкипринимаются диафрагмами 9,10, поспе чеголинзами 13,14 формируются в сходящиесяпучки, которые направляются на фотоприемники 25,26, С фотоприемников 23-26 электрические сигналы поступают на блок обработки сигнапов 27, представляюший собой коррелятор и приборы автоматической записиобработанных сигналов,При корреляционной обработке выделяются сигналы от пар приемников, совпадающиепо фазе, Зти сигналы соответствуют возмущениям коэффициента, захватывающим точ- бр ку О. При этом максимальное пространственное разрешение соответствует минимальномуобъему возмущения, которое дает попноевоздействие на пучок света, Зтот объем примерно составляет 1, где г - радиус пучкасвета в точке О. Дпя лазерного источникасвета этот радиус составляет доли миллиметра, т.е, пространственное разрешение предпагаемого устройства на 2-3 порядка выше,чем скрещенного ускопопьного тепперовскогоприбора. Оптические ветви дпя прямых свтовых пучков содержащие ножи фуко, в силупринятой геометрии и при настройке ножейфуко на перекрытие половины изображениядают сигналы преимущественно от линейногопоперечного смешения пучка лучей, причемсигналы на фотоприемниках зависят от формы изображения и увеличения системы Ч= - дХгде Х - расстояние от точки О до фокусаобъектива 15 (ипи 16) в мм,- фокусноерасстояние этого объектива в мм.Оптические ветви дпя отраженных световых пучков с приемными диафрагмами 9,10, которые играют роль ножей, напротив,дают сигнал преимущественно от угповогопоперечного смешения пучка лучей, т.к. несовпадение изображений диафрагм 7 и 8 надиафрагмах 9 и 10 опредепяется главнымобразом за счет угповых смещений пучков.ю:ь. Е.",где Ь а - угловое смещение пучков вградусах;- расстояние от точки О доприемной диафрагмы в мм. Как видно изпоследнего выражения, чувствительностьэтих ветвей мозно повысить, увеличиваярасстояние 1 .Многоэпементные диафрагмы примененыс цепью использования принципа оптического усиления дпя повышения чувствитепьности. Система обработки сигналов позволяетвыдепить два сигнала, один из которых связан с возмущениями, дающими линейные поперечные смещения Лучей, а другой - с угловыми смешениями лучей.Предлагаемое устройство обладает высоким пространственным разрешением и позволяет разделить возмущения в прозрачной среде на два класса: первый - возмушения,которые могут быть интерпретированы эквивалентными линзами ипи призмами (угловыесмешения пучка света), второй - возмущения,которые можно интерпретировать эквивалентными ппоскопараллепьными пластинами (линейные смешения пучка света), Такое устройство может быть успешно испопьзованов лабораторных условиях при исспедованиипрозрачных неоднородностей при нестацисьнарных процессах и в особенности при мепко534674 ЦНИИПИ Заказ 5547/225 Тираж 1029 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 масштабных возмущениях коэффициента преломления, которые не могут быть изучены и интерпретированы достаточно полно с помощью известных приборов.6 Формула изобретения Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, со- О держащее две теплеровские системы со скрещенными в измерительной среде лучами, каж дая из которых включает в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения, конденсатора, кол- И лиматорного объектива, и приемную часть, а также блок обработки сигналов, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения объема информации о характере возмущения коэффициента преломления и повышения пространственного разрешения, в него введены две идентичные ветви в виде расположенных на одной оптической оси полупрозрачной пластины, линзы, формирующейпараллельный пучок света, диафрагмы, второй линзы, создающей сходящийся пучок фотоприемника, а также две пары диафрагмафокусирующая линза, установленные послеколлиматорных объективов перед объемомс исследуемой средой так, чтобы вершиныконусов пучков сходились в исследуемойточке,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1. Физические измерения в газовой динамике и при горении, М, 1957, гл, 1, ц 2.