Устройство для измерения распределения градиента показателя преломления
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1770847
Автор: Гуменник
Текст
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Ц 5 6 01 й 21/4 ЕНИ ЕЛЬСТ ТОРСКОМУ СВ иАН СССРтоды. М.: На 988.РЕНИЯ РАС- ПОКАЗАТЕЛЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР Е ИЗСБРЕ(71) Институт проблем механи(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАДИЕНТАПРЕЛОМЛЕНИЯ Изобретение относится к оптическим средствам исследования объектов, содержащих прозрачные неоднородности показателя преломления (фазовых объектов), и может быть использовано, например, для технОлогического контроля в химической, электронной, оптико-механической, пищевой промышленности, а также для физических исследований в гидроаэродинамике, физике плазмы, теплофизике.Известны теневые приборы, позволяющие получить информацию о поле градиента показателя преломления в виде теневой картины, При этом прошедший через объект широкий световой пучок, сформированный с помощью главного осветительного обьектива, преобразуется с помощью главного приемного объектива и пространственного фильтра и используется для формирования теневой картины на экране, Однако получение с помощью этих приборов оперативной количественной информации весьма затруднительно, а точность измерений падает в условиях сильной рефракции лучей,Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения поля градиента показателя преломления, содержащее Ж 1770847(57 Сущность изобретения: устройство содержит лазер, сканер, оптически свчзанный с осветительным обьективом, приемный объектив, рассеивающий экран, дополнительный объектив и световод, Выходной торец световода установлен с возможностью регулирования расстояния между ним и светочувствительнойй поверхностью координатно-чувствительного фотоприемника, который электрически связан с блоком управления и регистрации, соединеннь 1 м со сканером, 2 ил. лазер, сканер, оптически связанный с лазе- ром, главный осветительный объектив, оптически связанный со сканером и с исследуемым объектом, главный приемный объектив, оптически связанный с исследуемым объектом и с координатно-чувствительным фотоприемником, блок управления и регистрации, электрически связанный с координатно-чувствительным фотопоиемником и со сканером,Однако функциональные возможности известного устройства ограничены тем, что оно имеет недостаточно высокое пространственное разрешение и недостаточно широкий диапазон измерений. Это происходит по следующим причинам, Пространственное разрешение определяется, главным образом, размером лазерного зондирующего пучка в измерительной области, а диапазон измерения углов рефракции (связанных с градиентом показателя преломления в объекте) существенно зависит от параметров оптической приемной системы, от размера лазерного пучка на светочувствительной поверхности координатно-чувствительного фотоприемника (КЧФ) и от характеристик КЧФ. Вследствие того, что пространствен 1770847(размер лазерного пучка на светочувствительной поверхности КЧФ) в известном устройстве взаимосвязаны, оно имеетограниченные возможности в плане обеспечения широкого диапазона измерений.Целью изобретения является расширение диапазона измерений,Указанная цель достигается тем, что вустройстве, содержащем последовательнорасположенные лазер. сканер, главный осветительный объектив, главный приемныйобъектив, КЧФ и блок регистрации и управления, электрически связанный со сканером и с КЧФ, между главным приемнымобъективом и КЧФ дополнительно введеныпоследовательно. расположенные рассеивающий экран, дополнительный объектив имногожильный световод, причем экран расположен в фокальной плоскости главногоприемного обьектива, дополнительный объектив оптически сопряжен с экраном и входным торцом световода, а выходной торецсветовода установлен с возможностью изменения расстояния до КЧФ,. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 -координатные характеристики КЧФ применьшем (а) и большем (б) размере световойметки на светочувствительной поверхностиКЧФ,Устройство содержит лазер 1, сканер 2,главный осветительный обьектив 3, исследуемый объект 4. главный приемный объектив 5, рассеивающий экран 6,дополнительный обьектив 7, световод 8,КЧФ 9, блок управления и регистрации 10.Устройство работает следующим образом. Свет, генерируемый лазером 1, попадает на сканер 2 и отклоняется на угол,определяемый блоком управления и регистрации 10, Сканер 2 может представлять собой, например, зеркало, закрепленное натоковой рамке, помещенной в постоянноемагнитное поле, Если зеркало сканера 2 находится в фокальной плоскости главного осветительного объектива 3, то лазерныепучки, выходящие из сканера 2 под разнымиуглами, будут проходить через разные участки исследуемого обьекта 4 по взаимнопараллельным траекториям. Проходя черезисследуемую область объекта, лазерный пучок испытает рефракцию на встретившихсяна его пути неоднородностях объекта 4 и навыходе из объекта отклоняется на угол Оотневозмущенного направления распространения. При этомО= -- д г 1 ), гдвп,1 дппо оду по - показатель преломления в обьекте и окружающей объект среде соответственно; . - протяженность объекта вдоль направления распространения, а направления осей координат показаны на фиг.1, При сканировании лазерного пучка осуществляется переход к другой точке объекта и лазерный пучок откланяется от невозмущенного направления распространения на.угол О 1 и т.д.При достаточно быстром сканировании (когда время кадра меньше характерного времени изменения объекта) временнаязависимость О(т) связана с пространственным распределением величины15-- б(у/ч), где у - координата, вдольпо О 3 укоторой осуществляется сканирование; ч -скорость сканирования,Угловое отклонение Опреобразуетсяглавным приемным объективам 5 в смещение Лу = ГОна экране 6 здесь Г - фокусноерасстояние обьектива 5), который располагается в данном случае в задней фокальнойплоскости главного приемного объектива 5.В случае однородного объекта при любомположении сканируемого пучка Л у = 0 изондирующий пучок из всех точек обьектаприходит в одну и ту же точку на экране 6 -30 центр экрана. Лазерный пучок рассеиваетсяна экране 6, а его изображение в рассеянном свете строится с помощью обьектива 7"-: - .на входном торце световодэ 8. Смещенияпучка Ьу на экране 6, связанные с чеодно 35 родностями обьекта 4, с помощью сбьектива 7 переносятся с соответствующимкоэффициентом увеличения 1 в данном случае 11) на входной торец световода 8. Световод.8 для передачи изображенияпредставляет собой мйогожильный световод с регулярной укладкой отдельных тон 1ких световолокон, Положение Ьулазерного пучка на входном торце световода 8 передается на его выходной торец. Навыходном торце световода 8 имеется расходящийся световой пучок с центром, определяемым каощицатой. Лу,Расходящийся световой пучок направ ляется на КЧФ 9. Размер лазерного пучка насветочувствительной поверхности КЧФ 9 Определяется расстоянием между этой поверхностью и выходным торцом световода 8, а смещение энергетического центра 55 светового пятна на поверхность КЧФ равноК Лу, Управление размером лазерного пучка на поверхности КЧФ осуществляется пу-тем изменения расстояния между этойповерхностью и выходным торцом световода 8.Координатные характеристики ряда КЧФ существенно зависят от размера светового пятна на их светочувствительной поверхности. Так, для разрезного фотодиода с увеличением размера светового пятна на его поверхности (увеличение расстояния между КЧФ и выходным торцом световода 8) происходит увеличение диапазона измеряемых перемещений Ьу и уменьшение крутизны координатной характеристики (см. фиг.2). При этом величина Оп остается неизменной. Аналогичную координатную характеристику имеет КЧФ ввиде фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) с непрозрачной диафрагмой ("ножом"), расположенной перед ФЭУ,Изменением расстояния между выходным торцом световода 8 и КЧФ 9 в процессе измерения обеспечивается такой диапазон измеряемых перемещений Лу(фиг.2), который соответствует имеющемуся в данный момент распределению неоднородностей в исследуемом объекте,При этом широкий диапазон измерений обеспечивается при высоком пространственном разрешении, определяемом тем, что зондирующий пучок имеет малые размеры в измерительной области.Электрический сигнал с выхода КЧФ 9 поступает на блок регистрации и управления 10, с помощью которого осуществляется обработка сигнала КЧО и синхронизация работы сканера 2 и КЧФ 9,Следует отметить, что поскольку иэображение зондирующего пучка на входном торце световода формируется в рассеянном свете, для согласования экрана и входного торца световода можно использовать стандартные малогабаритные объективы, и нэ параметры светового пятна, сформированного в прошедшем через световод свете,. не влияет большая величина угла отклонения д (смещения Лу). При этом отсутствие экрана ведет к необходимости использования в качестве дополнительного объектива крупногабаритных объективов для устранения 5 винетирования.Изобретение позволяет расширить диапазон измерений и повысить пространственное разрешение, Капример, при использовании устройства для контроля 10 продукции в химической промышленностиповышается надежность контроля (за счет повышения пространственного разрешения) и снижается требуемое количество контролирующих приборов (за счет широкого 15 диапазона измерений), Это ведет к повышению качества продукции и снижению затрат нэ ее контроль. Формула изобретения 20 Устройство для измерения распределения градиента показателя преломления, содержащее последовательно расположенные оптически связанные лазер, сканер, осветительный объектив, приемный объектив, 25 координатно-чувствительный фотоприемник, а также блок регистрации и управления, электрически соединенный со сканером и с координатно-чувствительным фотоприемником,отл ич а ю ще ес я тем, 30 что, с целью расширения диапазона измерений, между приемным объективом и координатно-чувствительным фотоприемником последовательно установлены рассеиваю-.щий экран, дополнительный обьектив и 35 многожильный световод, причем экран расположен в фокальной плоскости приемного объектива; дополнительный объектив оптически сопряжен с экраном и входным торцом световода, а выходной торец световода ус тановлен с возможностью изменения расстояния до координатно-чувствительного фотоприемника.1770847 иг.2 Составитель Е, ГуменникГ. Бельская Техред М.Моргентал Корректор Л ил Ре Заказ 3737 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5
СмотретьЗаявка
4833155, 31.05.1990
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕХАНИКИ АН СССР
ГУМЕННИК ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01N 21/41
Метки: градиента, показателя, преломления, распределения
Опубликовано: 23.10.1992
Код ссылки
<a href="https://patents.su/4-1770847-ustrojjstvo-dlya-izmereniya-raspredeleniya-gradienta-pokazatelya-prelomleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для измерения распределения градиента показателя преломления</a>
Предыдущий патент: Фотометрический анализатор для экспресс-анализа газовой среды
Следующий патент: Способ определения показателя преломления клиновидных образцов
Случайный патент: Способ измерения малых оптических потерь