Устройство для измерения градиента показателя преломления Советский патент 1986 года по МПК G01N21/41 

I1

)1зобретенне относится к области рефрактомет1)ии и может найти применение в аэро- и гидродинамике,.

Целью изобретения является сокращение времени и повышение точности измерений.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит лазер 1, дефлектор 2, делительный блок, состоя- щий из делительного кубика 3 и поворотной призмы 4, формирукщую 5 и приемную 6 оптические системы, два связанных между собой фотоприемника 7, точечный источник 8 излучения, передающую оптическую систему 9 для формирования широкого параллельного пучка, две большие полупрозрачные пластины 10 и 11, оптическую систему 12 для преобразования параллель- ного пучка в сходящийся, нож Фуко 13 зкран 14о

Устройство работает следующим образом.

Между полупрозрачными пластинами 10 и 11 помещается исследуемая среда 15, которая содержит неоднородную область 16. На исследуемую среду падает щирокий параллельный пучок света, сформированный с помощью точеч- ного источника 8, оптической системы 9 и полупрозрачной пластины 10, После прохождения через исследуемую среду широкий пучок, отразивщись от плоскопараллельной пластины 11, попа дает на оптическую систему 12, в фокусе которой расположен нож Фуко .13, а затем падает на экран 14, Часть света, прощедшая через оптически неоднородную среду, отклонится от пер- воначального направления и- задержится ножом Фуко, что приведет к перераспределению освещенности экрана. Таким образом, на экране возникает картина, которая позволяет ус- тгновить точное месторасположение неоднородной области в исследуемой среде или определить наличие и расположение микроструктур. После этого с помощью дефлектора 2 параллельные пучки рефрактометра перемещаются таким образом, чтобы один из пучков (измерительный) вплотную подошел к неоднородной области или микроструктуре, которую предполагается исследовать, а дополнительный пучок шел. вне пределов этой области. Если дополнительный пучок попадает также

952

в неоднородную область, то }1еобходи- мо изменить расстояние между измерительным и дополнительным пучками, пе реместив поворотную призму. При этом на экране наблюдаются помимо теневой картины две яркие точки, одна из них располагается вплотную к исследуемой области, а другая лежит на некотором расстоянии от нее. При перемещении призмы необходимо изменить расстояние между фотоприемниками, что делается во время юстировки системы.

При проведении измерений измерительный пучок перемещается параллельно самому себе с шагом, который выбирается исходя из качественной картины неоднородности.

При работе дефлектора перемещается измерительный пучок, а значит перемещается и фотоприемник, что понижает точность измерений. Чтобы перемещение не оказывало влияние на точность, введен дополнительный пучок, которьй, перемещаясь вместе с измерительным, идет все время вне неоднородности.

Измерение угла отклонения измерительного пучка производится следующим образом. Дополнительньш коорди- натно-чувствителы:ый фотоприемник перемещается так, чтобы выходной ток фотоприемника равнялся нулю при попадании на него дополнительного . Это означает, что дополнитель ньш пучок падает симметрично относительно измерительных площадок фотоприемника (угол отклонения пучка равен 0). Основной фотоприемник жест ко связан в процессе измерения с дополнительным и находится от него на расстоянии, равном расстоянию между измерительным и дополнительным пучками до неоднородности. Поэтому выходной сигнал измерительного координатно-чувствительного фотоприемника обусловлен отклонением измерительного пучка только за счет наличия градиента показателя преломления в неоднородной области. При этом устранено влияние любых случайных величин, приводящих к отклонению пучка.

Используемый фотоприемник представляет собой позиционно-чувстви- тельный фотоприемник, который состоит из двух прямоугольных площадок, сигнал с последних вычитается. Если ,луч падает симметрично относительно

3

плоп:адок, то выхолнон сит нал равен 0. При смещении Jiyia появляется выходной сигнал, величину которого в рабочей области можно в первом приближении считать пропорциональной смещению.

При наличии микроструктуры в ис следуемой среде, положение которой непрерьгоно меняется, первоначально по- теневой картине устанавливается местоположение такой структуры в данньй момент времени, а затем при сканировании микроструктуры измерительным пучком определяется распре деление градиента показателя прелом- ления„

Повьппение точности измерений связано с тем, что на величину угла отклонения (или смещения) луча, идущего через неоднородность, помимо са- мой неоднородности оказывают влияние

Редактор Л.Гратилло

Составитель В.Варнавский

Техред н.Бонкапо Корректор Е.Сирохман

Заказ 2117/35 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

1954

посторонние факторы, например уход диаграммы направленности лазерного излучения Причем влияние ухода диаграммы направленности настолько велико, что именно этот фактор ограничивает точность и чувствительность измерений с помощью рефрактометра. Использование дополнительного луча, идущего вне неоднородности, позволяет устранить влияние этих посторонни факторов, так как дополнительный фотоприемник выставляется перед началом каждого измерения таким образом, что его выходной сигнал равен 0. Так как основной фотоприемник в процессе измерений жестко связан с дополнительным, то его сигнал обусловлен только отклонением измерительного луча за счет наличия градиента показателя преломления в неоднородной среде.