Способ количественного исследования пространственных неоднородностей Советский патент 1986 года по МПК G01N21/41 

1247726

Изобретение относится к оптичес25 н л

КИМ средствам измерений прозрачных неоднородностей и может быть использован в экспериментальной газодинамике, теплофизике, физике плазмы и дру гих областях при /исследовании жидких и газообразных прозрачных сред с пространственным распределением показа- теля преломления.

Цель способа - увеличение точности определения прретранственного распределения показателя преломления ;в неоднородности и расширение област {применения.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Набор узких пучков излучения 1, сформированных так, что в каждой плоскости ряда параллельных плоскостей они образуют ряд параллельных лучей j просвечивает исследуемую неодно

родность 2 с длиной волны, близкой к линии поглощения атомной или ионной компонент неоднородности или добавки вещества, вводимой в неоднородность. В исследуемую неоднородность введена также светорасссеивакицая добавка вещества, а фоторегистрация траекторий лучей в неоднородности производится двух взаимно перпендикулярных направлений, в результате чего на фоторегистраторе записьгоаются проекции траектории каждого луча x(z) на плотность фоторегистрации 3 и y(z) - на

плоскость фоторегистрации 4. Исполь- зование узких пучков излучения с длиной волны, близкой к линии поглощения атомной или ионной компонент ве

щества неоднородности или добавки вещества,-вводимого в неоднородность, позволяет значительно (до 10 раз) увеличить рефракцию атомов или ионов в соответствии с формулой Зелмейера

с N f

n - 1

()-)|,)2- ()2

де

„ длина волны, соовет- ствующая центру линии поглощения; ширина линии поглощения;

длина волны просвечи- .вающего излучения; f - сила осциллятора ли- нии; ,,

N - концентрация атомов на поглощающем уровне;

А )|

/4 1тс2 2,24 и тем самым получить значительные . отклонения луча в различных точках неоднородности. Введение в неоднородность светорассеивающей добавки позволяет визуализировать траектории узких лучей в неоднородности и, следог вательно, произвести их фоторегистрацию с двух взаимно перпендикулярных направлений. Таким образом, в плоскость фоторегистрации записываются проекции траекторий лучей x(z) и ; y(z). Ввиду того, что из-за увеличения рефракции атомов или ионов отклонение траектории лучей можно довести до нескольких градусов даже для очень сл}абых неоднородностей при приближении длины волны просвечива- кицего излучения длине волны, соответствующей центру линии поглощения, что достигается, например, при использовании излучения от лазеров на красителях с перестраиваемой длиной вол- ны излучения, проекции траекторий лучей x(z) и у(2) координируются с большой степенью точности. Решение уравнения каждого луча, преобразованного к системе уравнений

АЧ А-г}

-3

lirMT r ii «-4ii ««) -ItiM TK - )

р,д x(z). и y(z)

k

проекции траектории луча на две взаимно перпендикулярные плоскости;

n (х,у, z) - распределение показателя преломления . . вдоль траектории

луча,

позволяет найти распределение показателя преломления вдоль каждого луча и, следовательно, в целом в неоднородности. Шаг вычисления распределения показателя преломления в неоднородности определяется диаметром одного пучка излучения и расстоянием между соседними пучками, которые на практике можно реализовать достаточно малыми для обеспечения необходимой точности расчета.

Просвечивание Исследуемой неодно- родности узкими пучками излучения с длиной волны, близкой к линии поглощения атомной или ионной компоненты неоднородности или добавки вещества.

вводимой в неоднородность, позволяет значительно увеличить ретракцию атомов или ионов и, тем самым, реализовать значительные отклонения лучей в точках неоднородности с небольшими градиентами плотности или показателя преломления. Таким образом, рефракция лучей, которая вносит ошибки в ийтерфёренционные измерения, в некоторых случаях ограничивает область их применения, в пре.цлагаемом способе является объектом визуализации и измерения. Введение в исследуемзто неоднородность светорассеивающей добавки позволяет визуализировать и ре гистрировать фотографическим способом проекции траекторий лучей на две взаимно ортогональные плоскости, зако- ординировать их и тем самым количественно определить распределение показателя преломления в неоднородности с помощью решения уравнения каждого . Формирование пучков, исходящих из узлов сетки с квадрат- -ной ячейкой, значительно повышает ин формативность системы за время одной экспозиции.

Формула изобретения

Способ количественного исследования пространственных неоднородностей включающий просвечивание исследуемой неоднородности излучением с длиной волны, близкой к линии поглощения атомной или ионной компонент неоднородности или добавки вещества, вводимой в неоднородность, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности определения пространственного распределения показателя преломления в неоднородности и расширения области применения, просвечивание исследуемой неоднородности проводят набором узких параллельных пучков излучения, при этом в неоднородность дополнительно вводится свето- рассеивающая добавка вещества, затем осуществляют фоторегистрацию хода пучков излучения в неоднородности в двух взаимно перпендикулярных направлениях, по которой определяют пространственное распределение показателя преломления при решении системы уравнения, описываюпщх траектории пучков излучения

J

1-(тГ-Ш( -1г4«) ё((й ()

де X, у, Z - выбранная система координат;X (z) - проекция траектории

пучка излучения, зарегистрированная на одну плоскость фоторегистрации;у (z) - проекция траектории

этого же пучка излучения, зарегистрированная на другую плоскость фоторегистрации;

(x,y,z) - распределение показателя преломления вдоль траектории пучка излу-в чения.

icr

Изобретение относится к оптическим средствам измерений в прозрачных неоднородностях, может использоваться в экспериментальной газодинамике, теплофизике, физике плазмы при исследовании фазовых сред и направлено на повышение точности определения пространственного распределения показателя преломления в неоднородности. Способ количественного исследования пространственных неодно- родностей основан на просвечивании исследуемой неоднородности изучением с длиной волны, близкой к линии поглощения атомной или ионной компонент неоднородности или добавки вещества, вводимого в неоднородность для увеличения рефракции изучения. Исследуемая неоднородность просвечивается набором узких пучков излучения ив неевводит- ся светорассеивающая добавка вещества дпя визуализации траекторий лучей. Фоторегистрация траекторий лучей в неоднородности осуществляется с двух взаимно перпендикулярных направлений, а расчет пространственного распределения показателя преломления производится при решении уравнения траекторий лучей. 1 ил. (Л to 4: ю о