Устройство для определения характеристических величин оптической анизотропии Советский патент 1985 года по МПК G01J4/04 

2.. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что формиро ватель опорного сигнала прямоуголь ной формы содержит две пороговые схемы, входы которых соединены с выходами приемника, а выходы соединены с входами двух дифференцирующих цепей и первыми входами двухвходовых элементов И, вторые входы которых соединены перекрестно с выходами дифференцирующих цепей, а выходы элементов И соединены с входами счетчика, выходы триггеров которого подключены к входам дешифратора.

причем прямые выходы триггеров млад- ших разрядов счетчика являются выходами блока опорного сигнала, а выход триггера старшего разряда и выходы депшфратОра соединены с измерителем временных интервалов, при этом вход Установка 1 счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульс от жестко закрепленного магнита, а счётный вход счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульсы от остальных магнитов, а счетчик выполнен по схеме вычитания.

1. УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ, содержащее источник линейно-поляризованного света, модулятор, установленный перед держателем исследуемой модели и соедииенньй с блоком опорного .сигнала, фотоприемники, соединенные с анализатором, и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, блок опорного сигнала состоит из датчиков, размещенных на диске, приемника и формирователя опорных сигналов прямоугольной формы, соединенного с измерителем временных интервалов, причем датчики блока опорного сигнала выполнены в виде постоянных стержневых магнитов, размещенных через угол F/4 по внешней окружности диска так, что один из магнитов жестко закреплен и ориентирован к внешней окружности диска противоположньм полюсом по отношению к остальным одинаково ориентированным магнитам, которые установлены с возможностью смещения по внешней окружности диска на угол ±

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования напряженного состо ЯНИН моделей в рассеянном свете.

Известны устройства для исследо- вания оптической анизотропии веществ, содержащие источник света, вращающийся поляризатор, пластинку с разностью хода в 1/4 длины волны, фотоприемники и анализатор ГО.

Однако данное устройство не позволяет получить одновременную информацию о характеристических величинах, так как при вращении поляризатора осуществляется только амплитудная модуляция ортогональных составляющих электрического вектора световой волны

Известно устройство для определения характеристических величин оптической анизотропии, содержащее источник линейно-поляризованного света, модулятор, выполненный в виде фазозадерживающей пластинки с наведенной разностью фаз не кратной л, установленной перед держателем исследуемой модели с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной проходящим лучам, блок опорного сигнала, соединенный с модулятором, фотоприемШгоси с анализатором; и измерительный блок 2.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения характеристических величин, так как для измерения фаз отдельных гармоник сигналов, полученных с фотоприеминков

применяется фазовьй детектор, который не различает знака фазы и выходное напряжение которого зависит от амплитуд входных напряжений.

Цель изобретения - повьшение точности измерения характеристических величин путем более точного измерен фаз отдельных гармоник.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для определения характеристических величин оптической анизотропии, содержащем источник линейно-поляризованного света, модулятор, установленный перед держателем исследуемой модели .и соединенный с блоком опорного сигнала, фотоприемники, соединенные с анализатором, и измерительный блок, блок опорного сигнала выполнен из датчиков, размещенных на диске, приемника и формирователя опорных сигналов прямоугольной формы, соединенного с измерителем временных интервалов, причем датчики блока опорного сигнала выполнены в виде постоянных стержневых магннтов, размещенных через угол J7/4 по внещней окружности диска так что один из магнитов жестко закреплен и ориентирован к внешней окружности диска противоположным полюсом по отношению к остальным одинаково ориентированным магнитам, которые установлены с возможностью смещения по внешней окружности диска под угол ±(1-2), при этом диск вьшолнен из,немагнитного материала с отверстием в центре, в котором размещен модулятор, а приемник блока опорного сигнала выполнен в виде катушки с заземленной средней точкой на ферритовоМ сердечнике, расположенной вблизи внешней окружности диска так, что плоскости витков катушки перпендикулярны плоскости диска, а ось катушки проходит через центр диска. При этом формирователь опорного сигнала прямоугольной формы содержит две пороговые схемы, входы которых соединены с выходами приемника, а выходы соединены с входами двух дифференцирующих цепей и первыми входами двухвходовых элемен тов И, вторые входы которых соединены перекрестно с выходами дифференцирующих цепей, а выходы элементов И соединены с входами счет чика, выходы триггеров которого подключены к входам дешифратора, причем прямые выходы триггеров младших разрядов счетчика являются выходами блока опорного сигнала, а выход триггера старшего разряда и выходы дешифратора соединены с измерителен временных интервалов, при этом вход Установка 1 счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульс от жестко закрепленного магнита, а счетный вход счетчика соединен с выходом элемента И, формирующего импульсы от остальных магнитов, причем счетчик выполнен по схеме вычитания. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для определения характеристических величин оптической аниз тропии: на фиг.2 - диск с датчиками и приемник опорного сигна 1а; на фиг.З - блок-схема формирователя опорных сигналов; на фиг.4 - времен ные диаграммы работы формирователя опорных сигналов прямоугольной форм Устройство содержит источник линейно-поляризованного света 1, МОдулятор 2, фотоприемники 3 и 4, ана лизатор 5, измерительный блок, соетоящий из вольтметра 6 и фазометра исследуемую модель 8 и блок 9 опорн го сигнала, состоящий из жестко закрепленного датчика 10 и подвижных датчиков 11-17, размещенных по внещ ней окружности диска 18, в централь ном отверстии 19 которого размещен модулятор 2, приемника 20, представляющего собой катушку с заземленной средней точкой на ферритовом сердечнике, соединенного с пороговыми схемами 21 и 22, выходы которых соединены с входами диффербнциру- ющих цепей 23 и 24 и первыми входами двухвходовых элементов И 25 и 26, вторые входы которых соединены пере- крестно с выходами дифференцирующих цепей 23 и 24. Выходы элементов И 25 и 26 соединены со счетным . и установочным входами счетчика 27, выходы которого соединены с входами дешифратора 28, выходы последнего вместе с прямым выходом триггера старшего разряда счетчика 27 подключены к измерителю 29 временных интервалов. Прямые выходы триггеров младших разрядрв счетчика 27 являются выходом блока 9 опорного сигнала. Устройство работает следующим образом. Линейно-поляризованный свет от источника 1 пропускают сквозь модулятор 2, вращающийся совместно с диском 18 с постоянной угловой скоростью ы. Модулированный свет просвечивает модель 8 и фотоприем- НИКИ 3 и 4 регистрируют интенсивность рассеянного моделью света. Электрические сигналы с приемников 3 и 4 имеют вид соответственно .)) (). где V(j - постоянные составляющие сигнала; А, амплитуды второй и четвертой гармоншс; Vj , 4- Фазовые сдвиги второй и четвертой гармоник относительно соответствующих опорных сигналов; ю- угловая частота вращения диска 18; t - время, С выхода анализатора 5, состоящего из узкополосных фильтров второй и четвертой гармоник, получа- ем электрические сигналы вида 2А г 2Л ( 1 м - к А sit f -uJ-t + V +ot .Д 4 Х-А 4А 4/ у ); уц 3in(w-fc+V +ci 28 2 2В 29 2 / V . 48 ) . где i , к - коэффициенты усиления; 5 ог j 4 вносимые фазовые сдвиги узкопопосных фильтров второй и чет вертой гармоник анализатора 5. Вольтметр 6 измеряет действуигщие значения сигналов анализатора в виде Vz , У;д - К,А4д/Г 2в KjA.g/y, V;, Одновременно при вращении диска 18 с закрепленными на нем датчикам 1О-Г/ приемник 20 генерирует двухп лярные остроконечные импульсы (фиг.,4а, б ), которые преобразуются пороговыми устройствами 21 и 22 в однополярные прямоугольные импульсы (фиг.4 в, г), совпадающие по времени с положительными импульса ми с приемника 20. Дифференцирующие цепи 23 и 24 выделяют передние фронты импульсов с пороговых устройств 21 и 22 в виде коротких положительных импульсов (фиг.4 д, Элемент И 25 выделяет импульсы (фи 4 3 ), наведенные датчиками 11-17, которые подаются на счетный вход счетчика 27, Элемент И 26 выделяет импульсы (фиг.4 ж), наведенные датчиком 10, которые подаются на вход Установка 1 счетчика 27. Триггеры счетчика 27, который выпо нен по схеме вычитания, импульсами фиг.4 ж ставятся в единичное состояние, а импульсами фиг.4 з последовательно переключаются. В результате на прямых выходах триггеров младших разрядов счетчика 27 образуются прямоугольные колеба ния с частотой 2w и 4u) (фиг.4 к, Сигналы со счетчика 27 подаются на дешифратор 28, с выходов которого снимается восемь последовательностей импульсов (фиг,4 til, у), служащих для юстировки блока 9 опорного сигнала. Юстировка осуществляется посредством измерителя 29 временны интервалов. Для этого первоначально измеряется период вращения дис- 25Г ка 18 T ;-rj (фиг. 4л), затем измеряется длительность импульса, сформированного жестко закрепленным датчиком 10 и датчиком 11 (фиг.4м ), и смещением датчика 11 в пределах 1(1-2) выставляется длительность импульса равная Т/8. Далее смещают датчик 12 относи666тельно датчика 11, датчик 13 относительно датчика 12 и т.д. После юстировки подвижных датчиков 11-17 импульсы (, у) стано вятся равными Т/8, а с выхода блока 9 опорного сигнала снимаются прямоугольные колебания в виде меандра (фиг.4и, к), которые используются в качестве опорных для измерения фаз сигналов с узкополосных фильтров анализатора 5 при помощи стандартного фазометра 7. Ферритовый сердечник приемника 20 служит для увеличения амплитуды импульсов (фиг.4а, б) и способствует более четкому срабатьшанию пороговых устройств 21 к 22. Из показаний вольтметра 6 получаются амплитуды сигналов с фотоприемников 3 и 4 , л . . А - . fл . «i ,. к, Из показаний фазометра 7 получаются .значения фаз у fij д/ V 1/ -л/. 2А 2А 2 ЧА 4Л 4 V i/-ot V i/oi 2Ь ie i 4S 48 4 где Чгд , 28 4в показания азометра 7. Зная Агд, ,, A, , Ц,, Ф , 28 определяем характеристиеские величины оптической анизотроии по формулам «4дЦв-«4вЬ4А -fo- -to -и i rctop ..я...-:й ° 2 «4бЬ2А 1 .1 «4В Зд - 3 5«гс-1.-- -зг7Т чГ 4В-А it(B де характеристическая разность аз; То характеристическое направение на входе в модель; угол отации (угол между первичным и вто- ичньм характеристическими направле- иями ). . 45 48 5 6здесь (Л- разность фаз, наведенная фазозадерживающей пластинкой (моду лятором ).

1573668

Вьшолнение в предлагаемом устройстве блока опорного сигнала, формирующего прямоугольные колебания, позволяет повысить точность определния 5 характеристических величин путем более точного измерения фаз отдельных гармоник посредством стандартного фазометра, который реагирует на знак фазы i имеет высокую стабильность показаний в зависимости от соотношения амплитуд входного и опорного сигналов.