Устройство для измерения градиента коэффициента преломления прозрачных сред

Союз Советских Социалистических РеспубпикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 11881571(22) Заявлено 080280 (21) 2879552/18-25с присоединением заявки йо(23) Приоритет -Опубликовано 15,1181, Бюллетень Йо 42Дата опубликования описания 151181 Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытнй(72) Авторы изобретения гк Ю.Д, Чашечкин и В.А. Попов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЭРАЧНЫХ СРЕД Изобретение относится к измерительной технике, более конкретно к оптическим приборам, предназначенным.дляизучения распределения и Флуктуацийкоэффициента преломления прозрачныхсред.Известно устройство для измеренияградиента коэффициента преломления,содержащее осветительную щель в фокусе осветительного объектива и диафрагму из набора прозрачных цветныхстекол в фокальной плоскости объектива приемной части либо цветную диафрагму в осветительной части прибора,а в приемной узкую щелевую диафрагму. 5В качестве цветных диафрагм применяются также диспергирующие призмы, которые располагаются в осветительной,части прибора Г 1 ,Если отсутс; ует оптическая неоднородность, то световые лучи, идущиеот разных точек, проходят через однои то же место диафрагмы и все полеизображения окрашивается в один цвет, 25зависящий от настройки прибора, Привведении неоднородностей на приемнуюдиафрагму проектируются участки осветительной щели, окрашенные в различный цвет, что приводит к изменению 30 распределения цветности в изображении, причем все участки среды, отклоняющие свет на одинаковый угол, окрашены одинаково. Чувствительностьданного метода не может быть сделанадостаточной большой, так как дифракционные помехи ограничивают минимальную толщину цветных полос величинойпорядка 0,15 мм, Применение таких устройств также ограничено в силу малойцветовой насыщенности иэображений иневысокой чувствительности Фотоматериалов, особенно в тех случаях, когдасуществует большая неоднородностьраспределения градиентов коэффициента преломления по пространству, аинтерес представляет структура областей как с Малыми, так и с большимиградйента коэфйициента преломления. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения градиента коэффициента преломления прозрачных сред, содержащее источник света и последовательно установленные по ходу светового пучка объектив, щелевую диафрагму, основные объективы, между которыми находится исследуемая среда, и приемную часть с решеткой, состоящейиз системы прозрачных и непрозрачныхполос 2,Отклонения лучей в неоднородностиопределяется по смещению теней от диафрагмы, Наиболее трудоемкой операцией в этом случае является отождествление теней, особенно если неодно 5родности имеют сложную форму и тенираздваиваются, перепутываются и меняются местами. Попытки прибегнуть кспециальным приемам - выделить штри-,хи, изменяя их толщину или раскраску,также не всегда позволяют выполнитьоднозначную интерпретацию снимка,Цель изобретения - повышение информативности теневого изображенияпрозрачных сред. 15Эта цель достигается тем, что вустройстве для измерения градиентакоэффициента преломпения прозрачныхсред, содержащем источник белого света и последовательно установленныепо ходу светового пучка объектив, шеЛевую диафрагму, основные объективы,между которыми находятся исследуемаясреда, и приемную часть с решеткой,состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, между первым походУ светового пучка основным объективом и исследуемой средой размешенадиспергирующая призма с параллельнымигранями, перекрывающая весь параллельный световой пучок, пришедший через 30объектив, а шелевая диафрагма и решетка установлены перпендикулярноградиенту коэфФициента преломленияпризмы, причем диафрагма, решетка ипризма выполнены с возможностью синхронного кругового вращения.На чертеже изображена блок-схемаустройства.Схема устройства включает в себяисточник белого света 1 с непрерывным или линейчатым спектром лампанакаливания, дуга, ртутная лампа),объектив 2, Формирующий изображениеисточника, диафрагму 3 в виде плоской щели, основной объектив 4, диспергируюшую призму 5 с параллельнымигранями, склеенную из разных сортовстекла, имеюших разную дисперсиюВ/3, но одинаковое значение коэффициентов преломления для одного изцветов (например, призма из стеколТК-б и фне отклоняет лучи желтогосвета), исследуемую среду Ь, заключенную в объем с прозрачными стенками,свободными от оптических неоднородностей, основного объектива приемнойсйстемы 7, установленной. вблизи егофокуса плоской решетки 8, состоящейиз системы прозрачцых и непрозрачныхполос, объектива 9, Формирующего изображение исследуемой среды, и регистрируюшего устройства 10, причемщель и решетка установлены перпендикулярно направлению отклонения световых лучей в призме 5 и вся системадиафрагма - призма - решетка выпол нены с возможностью синхронного враШения вокруг продольной оптическойоси устройства,Устройство работает следующим образом.Белый свет, излучаемый источником1, проходит через объектив 2, Формирующий иэображение источника, диафрагму с плоской щелью, расположеннуюв фокусе основного объектива 3, выходит в виде параллельного пучка лучей и поступает на диспергирующуюпризму, отклоняюШую свет на угол Явеличина которого зависит от длиныволны и не превышает= о с /Г, гдео"щах - максимальное отклонение лучав фокальной плоскости и приемногообъектива теневого прибора, при котором свет не виньетируется элементамиустройства; Г - фокусное расстояниеприемного объектива, для наиболеераспространенного прибора ИАБ;ф 1 пах 25 мм, Г = 1820 мм,На исследуемую среду попадает набор пучков света различного цвета,приходящий под различными углами. Вотсутствии возмушений лучи в ней неотклоняются и поступают на основнойобъектив. При этом в его фокальнойплоскости получается спектрально окрашенное расширенное изображение шели,в котором каждый цвет отстоит на расстояниео"е л) %+ Б - Е от оси системы, где оф - смещение луча, б - угол отклонения лучей на выходе призмы;1 - фокусное расстояние основного объектива, Л - величина расфокусировки, расстояние от фокуса до плоскости установки приемной решетки 5 - расстояние от исследуемой плоскости среды до основного объектива приемной системы, Отдельные участки изображения шели перекрываются с помощью плоской решетки, состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, и в плоскости изображения объек. тива 9 наблюдается окрашенное в систему цветных полос иэображение исследуемой среды. Толщина и цвет полос зависят от угла отклонения света б и выбранной толшины полос решетки и их положения. Перемещая решетку в направ. лении, параллельном направлению отклонения света н призме, можно получать различный цвет полос, При протекании физических процессов в исследуемой среде изменяется локальное значение градиента коэффициента преломления д /д и соответственно угол отклонения луча, прошедшего через данную область среды, и его положение г" относительно решетки. Первоначальное распределение цвета изображения нарушается, в изображении появляются новые, ранее закрытые цвета, Полученное иэображение регистрируется с помощью Фото-, киноаппарата или видеомагнитофона, Поскольку данная система регистрирует отклонение лучей только водном направлении, перпендикулярномщели и полосам решетки, для анализафлуктуаций градиента коэФфициентапреломления во всехнаправлениях,что имеет важное значение при анализе пространственных возмущений сложной формы, щель, призма, и решеткавыполнены с возможностью синхронного .вращения вокруг оптической оси системы,Устройство для измерения коэффициента преломления прозрачных сред посравнению с лучшими образцами аналогичного оборудования позволяет существенно расширить объем инФормации 15о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления, Для количественных измерений вбольшинстве случаев нет необходимости прибегать к Фотометрированию фото- Оили кинограмм. Получающееся в данномустройстве цветное изображение обладает высокой сочностью, контрастностью и насыщенностью цветов, обеспечивает существенное повышение информативности о внутренней пространственной структуре исследуемых физических неоднородностей излучаемыхфизических процессах в среде по сравнению с традиционными методами (диафрагма - решетка, цветной метод), 30что позволяет непосредственно измерять ряд новых характеристик динамики движения прозрачных сред (например, конвективную скорость - скоростьпереноса характерных структур возму- .35щения),Устройство может быть успешно использовано в лабораторных условияхпри исследовании прозрачных неоднородностей в аэро- и газодинамике, 4 Ов гидрофизике, энергетике и других областях применения традиционных те. -невых методов, особенно в тех случаях, когда возмущения носят неоднородное распределение по пространству,а интерес представляет структура об. - .ластейи с большими и с малыми изменениями градиента коэффициента преломления, которая не может быть достаточно полно изучена и интерпретирована с помощью известных приборови устройств,Формула изобретенияУстройство для измерения градиента коэффициента преломления прозрачных сред, содержащее источник света и последовательно установленные по ходу светового пучка объектив, щелевую диафрагму, основнь.е объективы, между которыми находится исследуемая среда, и приемную часть с решеткой, состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности, между первым по ходу светового пучка основным объективом и исследуемой средой размещена диспергирующая призма с параллельными гранями, перекрывающая световой пучок, прошедший через объектив, а шелевая диафрагма и решетка установлены перпендикулярно градиенту коэффициента преломления призмы, причем диаФрагма, решетка и призма выполнены с возможностью синхронною кругового вращения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Васильев Л,А. Теневые методы. М., "Наука", ГРФМЛ, 1968, с. 40-49. 2. Там же, с. 84-89 (прототип),881571 Составитель В. ЮртаевТехред М.Гергель Корректор А,Дзятко Редактор Л. Повхан Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 9957/65 Тираж 910 ВНИИПИ Гоеударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5