Устройство для измерения характеристик оптической плотности жидкости

) Заявите 1Изобретение относится физике и может быть исп гидрофизическх исспедов помощью теневьх устрэйсИзвестны устройства, точник колпимированного ческого света, сосуд с жидкостью, диафрагму, фэ регистратор амплитудных пульсов фотэтока Ц. 2по заданноМу направлению в реальнаДуЯном масштабе времени.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство дпя измерения характеристик оптической ппотности жидкости, содержащееисточник колпимированного монохроматического света, светоделитель с полупрозрачным зеркалом и системой отражате- Олей для формирования опорного и рабочего пучков света, сосуд; с исследуемойжидкостью, рабочую призму полного внутреннего отражения с узлом сканирования и фотоприемник поверхностных световых волн с регйстратором временных интервалов 12,Известное устройство не обеспечиваетнейосредственной возможности определенияпроизводных оптической плотности по на-правлению, Относительные изменения величины й при таких исследованиях обычно малы и с трудом поддаются регистрации, а изменения градиентанаЖсГграничных .участках слоев могут бытьду ическойэ приморе с к тех зо ияв,эдержонох ащие ис- ромати- емой е тэприе значе/Такйе устройства обеспечивают возможность определения втэрэй производной от оптической плотности средыада( -д - у ) в плоскости, ортогональной1 к оптической эси прибора, Однако направлейие дифференцирования в этой плоскости не определенокроме того,дпя попучечия численных значений измеряемой величины необходима допэлнитель 20 ная (трудоемкая и длительная) обработ"ка поступающей с теневого прибора информации, Поэтому такие приборы не при менимы для количественных измерений(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ3 6931достаточно просто зарегистрированы теневыми приборами, например, предлагаемым устройством. При этом распрецелеафйИие величины - непосредственноаухарактеризует слоистость среды, Возможность непрерывного изменения направления дифференцирования позволяет за фиксированный период, равный полупериодувращения призмы Дове, определять расаЯ. 10пределение - у по всем направле 4ниям в плоскости хуи характеристикимелкомасштабной турбулентности, а возможность регистрации изменения"пв фиксированнрму направлению в реальном масштабе времени - следить за дина/микой внутренних волн в среде, за процессами обтекания (здесь особенно существенна возможность произвольного выбора направления дифференцирования) ит, и. ,Цель изобретения - обеспечение воз, можности измерения второй производнойраспределения оптической плотности жидкости по заданному направлению в реальном масштабе времени.Цель достигается тем, что в устрой"Ство введена призма Дове, снабженнаямеханизмом поворота, причем призма Дове установлена между сосудом с иссле- З 0дуемой жидкостью и рабочей призмой полного внутреннего отражения, расположенных последовательно по оптической оси,при этом"одно из зеркал, например полупрозрачное зеркало, установлено так, что- З 5,бы вйполнялось одно из неравенств 945 + Рфта+Ф ( )40, где 9 - угол в плоскости сканирования между отражающей поверхностью зеркала й направлением пучка света отисточника;45фъа - максимальная угловая величина расходимости световыхпучков;6;- динамическйй диайазон измерений,выраженный в угловых50величинах,а регистратор временных интервалов выполнен в виде измерителя разности дли тельностей соответственнык импульсовфототока от рабочего и опорного пучков.Сущность изобретенйя поясняется чертежом,Устройство соцержит источник коллимированного монохроматического света 12 80 4узел светоделителя, состоящий из полу прозрачного зеркала 2 и системы отража- телей 3,"объем с исследуемой жидкостью 4; призму Дове 5, снабженную механиз. мом, обеспечивающим возможность повоа рота ее вокруг оптической оси устройства на заданный угол (на чертеже не показан), узел сканирования 6, рабочую призму полноговнутреннего отражения 7, диафрагму 8, фотоприемник 9 ирегистратор времейных интервалов 1 О.Устройство работает следующим образом.Источник 1 непрерывно генерирует монохроматический коллимированный пучок света, который разделяется полупрозрачным зеркалом 2 на два пучка. Один из них (рабочий) проходит сквозь объем с исследуемой жидкостью 4, а другой (опорный) минует этот объем при помощи отражателей 3. Узел светоделителя (эеркала 2 и 3)отъюстирован таким образом, чтобы фиксированный по направлению световой пучок на его выходе был всегца не параллелен рабочему пучку, прошедшему сквозь объемсисследуемой жидкостью, причем если опорный пучок отклонен вниз от оптической оси устройства, любой, даже самый верхний (в йлоскости чертежа) луч опорного пучка должен бйть направлен под большим уг.-. лом к оптической оси, чем любой, даже самый нижний луч рабочего пучка и во всем динамическом диапазоне углов отклонения ( ф ) последнего. Или, при другом возможном варианте настройки, когда опорный пучок направлен выше оптической осй,даже самый нижний луч опорного пучка должен быть направлен под большим углом к оптической оси, чем любой, даже самый верхний луч рабочего пучка, Такое: направление опорного пучка обеспечено установкой полупрозрачно го зеркала 2 (или, что безразлично, одо+ ного из отражателей 3) под углом О(45 а +(24+8)к. падающему на него пучку.света при условии установки всех остальных зеркал узла светоделителя под уг,лом строго 45 к лучку.Далее, пройдя,призму Дове, Оба пучка поступают на:узел сканирования 6. В качестве узла сканировайия используются два вращающихся в противоположных направленияхклина. Узел обеспечивает строго равномерное и синхронное сканирование пучков в плоскости чертежа. Часть поверхности клиньев эачернена так, что свет поглощается во вреМя Обратного .хода5 .693180 6 М2 Л 1разность длительностей импульсов от рабочего и опорного пучков таким образом, чтобы продольные сечения пучков в заданном направлении совместились с плоскостью сканирования.Устройство обеспечивает повышение 30точности измерений благодаря чрезвычайно малому угловому интервалу возникноВ Раб - ) од11 щ 1 рак 1 ма вения поверхностных световых волн, комйенсационному принципу измерений и вре,менному методу определения измеряемых откуда относительное изменение расходи- величин, Устройство просто и надежно вэксплуатации.мости рабочего пучка в плоскости ска- нирования Формула изобретения 40 ду,=иг И (2) Аналогично .угол отклонения рабочего пучка от опорного определяется как тУстройство для измерения характеристик оптической плотности жидкостиг содержащее источник коллимированного45монохроматического света, светоделитель с полупрозрачным зеркалом и системой .отражателей цля формирования опорного 4 рабочего пучков света, сосуд с иссле- дуемой жидкостью, рабочую призму полрого внутрейнего отражения с узлом сканировайия и фотоприемцик поверхностных у,= гмбх (М где Д -интервал времени междуФвозникйовением импульсов от соответствующих световых пучков.Точность измерения угловых величин5 ограничивается интервалом возникновения поверхностной световой волны. Чувствительность устройства в этом случае составит примерно одну угловую секунду. световых волн с регистратором временных интервалов, 0-т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения второй проиэвоцной оптической плотности по заданному направлению в реальном масштабе времени,в него введена призма Дове, снабженная механизмом поворота, причем призма пучков. Сканирование обеспечивает перио- Световые импульсы поступают на".цическое изменение угла падения света .ротоприемник 9 и преобразуются на его сна гипотенуэную грань рабочей призмы выходе в импульсы тока с теми же вреролного внутреннего отражеция, При этом менными параметрами, которые обрабаресь отраженный. гйпотенузной гранью 5 гываются затем на регистраторе времен- свет поглощается диафрагмой 8, и свет ных интервалов 10. Регистратор состоит при углах падения на гипотенузную грань ., из частотомера, счетной схемы опредебольших и меньших критического на фото- ления разности между поступающими с приемник 9 не поступает. При, падении частотомера числовыми значениями длиСвета под критическим углом (в интерваО тельностей соответственных импульсов,Иле 1 ), кроме отраженного света, воз- цифропечатающего устройства и согласуюникает поверхностная световая волна, . щих схем, Временной интервал между распространакяПаясявдольгипотенузнойг - . соответственными импульсами от рабони и непрерывно возвращающаяся в приз-чего"и одного пучков однозначно характему под критическим углом. Только обус-. 15 риэует согласно формулам (1) и (3) ловленное поверхностной световой вол- . градиент оптической плотности М-;Ъу ной излучение попадает на фотоприемник. Величина разности длительностей имТаким образом из непрерывного светового пульсов, соответствующих расхоцимоспотока от источника 1 на выходе приз- гям рабочего и опорного пучков света, мы 7 в результате сканирования обра аналогичным образом характеризует вели 34эуются временные импульсы света. Если:,чину . -- , где у - направление, ваурасходимость светового пучка обозначить котором измеряется расходимость пучков. чере= . у частоту сканирования че- ". Оно задается поворотом призмы Яове, реэ , то длительность импульса све-: обеспечивающим синхронный разворот опорта ного и рабочего пучков вокруг их осей