Устройство для измерения измененийкоэффициента преломления прозрачныхсред c градиентом коэффициента пре-ломления

Союз Советскнн Сфцналнстнческнк Республик(22 Заявлено 20.11,78 (21)2 б 87771/18-25 Ф)М КЛ с присоединением заявки Йо(23) Приоритет С 01 М 21/46 Государственный комнтет СССР по Аелам нзобретеннй н открытнФ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД С ГРАДИЕНТОМ КОЭФФИЦИЕНТА. ПРЕЛОМЛЕНИЯИзобретение относится к измерительной технике, а более конкретнок оптическим приборам, предназначенным для изучения распределения ифлуктуаций плотности прозрачныхсред по распределению и изменениюих коэффициента преломления.Известно устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред, содержащее источник света, объектив, диафрагму,нож и приемную часть 11 .К недостаткам этого устройстваотносится малое число замеряемыхточек объекта и ограниченный кругобъектов исследования, так как приизмерении необходимо, чтобы свойстваобъекта были постоянными в течениедолгого времени.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее источник света, объективы, диафрагму и приемнуючасть,Измерение угла отКлонения проводимости проводится по определениюсмещения теней от диафрагмы, пред=ставляющей собой набор темных деталейна прозрачном фоне. Поскольку приколичественных измерениях необходимо находить точки плоскости изображения, соответствующие одной и той жеточке диафрагмы до и после введениянеоднородности, наибольшее распространение. получили диафрагмы, имеющиеФор у чередующихся темных и светлыхполос-решетки с постоянным периодом,равным сумме толщины обычно одинаковых светлых и темных полос 21.К недостаткам устройства относитсятрудоемкость операции отождествлениятеней, особенно когда исследуемыенеоднородности имеют сложную форму,т,е. тени раздваиваются,перепутывают ся и меняются местами. Попытки прибеГ.- нуть к специальным приемам - выделитьштрихи, изменить их толщину, раскрасить промежутки между штрихами, невсегда позволяют получить однознач ную интерпретацию снимка.Цель изобретения - увеличение объема информации о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления в средах с гра диентом плотности (стратифицированныхсредах.Эта цель достигается тем, что визвестном устройстве для измеренияизменений коэффициента преломления 30 прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления, содержащеетеплеровскую систему, включающую всебя осветительную часть в виде последовательно расположенных источникаизлучения белого света, объектива,формирующего изображение источника,диаФрагмы со щелью коллиматорногообъектива и приемную часть в видеколлиматорного объектива установленной вблизи его окуса решетки, состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, объектива, формирующего изображение исследуемойсреды,и регистрирующего прибора,щельдиафрагмы расположена перпендикулярно направлению среднего градиентакоэффициента преломления исследуемой 5среды, а решетка установлена параллельно щели. При этом ширина щелине более 0,1 мм, а период решетки впределах 0,1-10 мм.На чертеже изображена блок-схема 20предлагаемого устройства.устройство включает в себя источник 1 белого света с непрерывным(лампа накаливания) или линейчатымспектром (ртутная лампа), объекггив р 52, Формирующий изображение источника, диафрагму 3 в виде плоской щели,коллиматорный объектив 4, кювету 5,заполненную исследуемой стратифицированной средой, в которой в невозмущенном состоянии коэфициент преломления меняется вдоль оси 1,приемный коллиматорный объектив 6, установленнуювблизи его Фокуса. плоскую решетку 7,состоящую из системы прозрачных и, непрозрачных полос, объектив 8, Формирующий иэображение исследуемойсреды, и регистрирующее устройство9 (Фото, кинокамера, телевизионнаякамера, отозлемент),4 ОУстройство работает следующимобразом. Белый свет, излучаемый источником 1, проходит через объектив 2, Форми рующий изображение источника диайрагму с плоской щелью, расположенную в Фокусе коллиматарного объектива 3, и поступает в кювету с исследуемой средой, в которой в невозму О щенном состоянии находится средний градиент коэициента преломления и (л) (вызванный, например, средним градиентом плотности при исследовании процессов в стратифицированных жидкостях или газах). (Цель в этом случае расположена горизонтально. При прохождении через невозмущенную исследуемую среду параллельный пучок света отклоняется на некоторый угол, величина которого определяется сред ним градиентом коэфициента преломления и длиной волны ,А При этом в Фокальной плоскости получается широкое изображение щели, образованное наложением друг на друга спектрально 65 окрашенных иэображений осветительной щели, образованных лучами, проходящими на различной высоте в исследуемой среде, Темные полосы периодической решетки 7 частично перекрывают цветные иэображения щели, и в поле зрения приемного объектива формируется изображение исследуемой среды, окрашенное . в систему цветных спектральных полос, параллельных щели и полосам диафрагмы. В жидкости с однородным значением градиента плотности максимальное число полос равно удвоенному значению числа штрихов в решетке, причем спектры являются обращенными относительно центра изображения. В жидкости со сложным нелинейным рас- пределением плотности число полос увеличивается, поскольку на данный штрих диафрагмы приходят лучи из различных частей изображения.В большинстве случаев смещение д изображения щели определяется выражением6= и И- -- - - ) =гг-д-у - Вдгг, г й(ь А) В дгг,СОгде- Фокус коллиматорного объектива;(.М - геометрическая длина ходалуча в исследуемой среде;локальное значение градиента коэффициента преломления;п - коэффициент преломления,В - коэффициент1 Ь Л)ВР)Ширина спектра зависит от дисперсионных свойств жидкости (вида Функциональной зависимости по(А) ,значенийкоэффициента В). В тех случаях, когдаградиент коэффициента преломленияявляется сложной Функцией от ,всюисследуемую область можно представить разбитой на зоны, в которыхдп йг=сопьг с требуемой степеньюточности, и каждая такая зона создаетсвое изображение щели, удаленное нарасстояние О от центра. Полнаяширина изображения определяется величиной максимума и минимума значенийградиента коэффициента преломления висследуемой среде. Выбирая ширину ичисло штрихов на решетке с учетомформулы (1), можно в изображениисреды выделить интересующие значенияградиента коэффициента преломленияво всем диапазоне его изменения,При протекании Физических процессов,в исследуемой среде изменяетсялокальное значеие и, ; дп /дг исоответственно угол отклонения луча,прошедшего через данную область жидкости, и его положение д относительно неподвижной решетки. Первоначальное положение цветных полос нарушается, в образующемся иэображениивеличина смещения полосы данногоцвета пропорциональна величине изменения градиента коэфФициента преломления. Полученное изображение регистрируется с помощью Фотокиноаппаратаили видеомагнитофона.Устройство для измерения коэффицинта преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления по сравнению с известными устройствами, позволяет существенно увеличить объем информации о распределении и харак=ере возмущений градиента коэффициента преломления.Для количественных измерений в боль- О шинстве случаев при необходимости прибегать к фотометрированию образующихся кинограмм, достаточно измерить линейкой смещение полосыданноГо цвета, чтобы определить ве личину изменения дп/дг . Получающееся в данном устройстве цветное изображение обеспечивает существенное повьиаение информативности овнутренней пространственной структу О ре протекающих процессов, по сравнению с традиционным теневым методом (диафрагма - нож), вследствие чего становится возможным непосредственно измерять ряд новых характеристик (распределение амплитуд возмущений по пространству, групповую и Фазовые скорости распространения) в жидкостях с постоянным и переменным значениями градиента коэффициента преломления, Такое устройство может быть З) успешно использовано в лабораторных условиях при, исследовании прозрачных неоднородностей при нестационарных процессах в жидкости с градиентом плотности, и особенно при изучении пространственной структуры процессов в среде с неоднородным градиентом коэффициента преломления, которые не могут быть изучены и интерпретированы достаточно полно с помощьюизвестных приборов.Формула изобретения,устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления, содержащее теплеровскую систему, включающую в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источника излучения белого света, объектива, Формирующего изображение источника, диафрагмы со щелью, коллиматорного основного объектива,и приемную часть в виде коллиматорного объектива, установленной вблизи его Фокуса решетки, состоящей из ,системы прозрачных и непрозрачных полос объектива, формирующего .изображение исследуемой среды, и регистрирующего прибора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения объема информации о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления, щель диафрагмы расположена перпендикулярно направлению среднего градиента коэффициента преломления исследуемой среды, а решетка установлена параллельно щели.2.устройство по п.1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что ширина щели не более 0,1 мм, а период решетки 0,1- 10 мм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеСоставитель Н.Гусевазаренко ТехредМ,Голинка,КорректорН.Григорук 774767 Тираж 918 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рд.4/ лиал ППП"Патент, г.ужгород,ул.Проектная,4 РедактоЗаказ Подпис митета СССР открытий ушская наб.