Устройство для измерения энергетических характеристик излучения в водной среде Советский патент 1987 года по МПК G01N21/85 

Устройство относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения световых потоков в водной среде.

Целью изобретения является повы- шение надежности устройства при сохранении точности измерений.

На фиг. 1 схематически представлено предлагаемое устройствоj на фиг. 2 - линза Френеля в плоскости оптической оси- устройства, разрез; на фиг. 3 - участок этого разреза, вьщеленный контуром ABCD.

Устройство (фиг. 1) содержит ос- новную герметичную камеру, выполненную в виде корпуса 1 с иллюминатором 2 и расположенным внутри нее приемником 3 излученияJ положение которого фиксируется оправами 4, и допол- нительную герметичную камеру, связан ную с основной камерой элементш и 5 крапления и элементами 6 юстировки .выполненную в виде оправы 7 и двух иллюминаторов 8, 9 с распо- ложенной внутри нее линзой 10 Френеля. Проецирующая система, состоящая из линзы 10 Френеля и иллюминаторов 2, 9, служит для фокусировки излучения на приемник 3 излучения. С целью исключения многофокусности линза Френеля изготавливается с учетом наличия водной среды между основной и дополнительной герметичными камерами с таким расчетом, чтобы фоточув ствительная поверхность приемника излучения находилась в фокальной плоскости проецирующей системы. Для этого зависимость угла Л наклона канавки на ступенчатой поверхности линзы от расстояния ее от оптической оси устройства определяется из соотношения

d, (n,x+(1-x)() +d( (x))J R(x) p.

де R(x) X (п, X sin об,

п - показатель преломления стек- Q ла иллюминаторов;

п - показатель преломления воды;

d - длина воздушного промежутка в пространстве между линзой 10 Френеля и фоточувствитель-, ной поверхностью приемника излучения 3;

d, - длина водного промежутка между линзой 10 Френеля и фо

Q

5 0 5 о

0

5

точувствительной поверхностью приемника 3 излучения; р - расстояние канавки на поверхности линзы Френеля от оптической оси устройства.

Элементы 6 юстировки выполнены в виде оправы, стягивающей корпус 1 основной герметичной камеры. Натяжение этой оправы может при необходимости меняться, что дает возможность поступательного движения камеры вдоль ее оси для проведения юстировки.

Приведенное вьппе выражение получено следующим путем.

На фиг. 2 точкой L обозначено нахождение на оптической оси устройства фоточувствительной поверхности приемника 3 излучения. Точки М и N на Оптической оси соответствуют положению иллюминаторов 9 и 2 соответственно. В данном случае иллюминатор можно рассматривать как бесконечно тонкую границу раздела между водой и воздухом. Такое упрощение оправдано по двум причинам: а) общая толпщна иллюминаторов много меньше расстоя- НИН между линзой Френеля и фоточув- . ствительной поверхностью приемника излучения, б) показатель преломления стекла иллюминаторов мало отличается От показателя преломления воды. Пусть луч света падает нормально на внешнюю поверхность линзы Френеля (фиг. 3) в точке Р.

Для того, чтобы параллельный пучок лучей, падающий на внешнюю поверхность линзы Френеля, попадал на фоточувствительный элемент, находящийся в точке L, необходимо выполнение следующих условий: а) ширина канавки, т.е. расстояние от Е до G должно быть достаточно мало по сравнению с радиусом поверхности фоточувствительного элемента приемника 3; б должно вьтолняться соотношение

d,tgp

,

-Р де

ft - угол между направлением распространения луча света после прохождения им линзы Френеля и оптической осью устройства, при условии, что луч нормально падает на внешнюю поверхность линзы Френеля и, выходя из нее, пересекает канавку, расположенную от оптической оси на расстоянии, равном р ;

угол между направлением распространения луча света в воде после прохождения им линзы Френеля и оптической осью устройства при указанных вьше условиях. /3 и А, связаны соотношением а

sin Л slnTT 2об наклона канавки и угол соотношением (фиг. 3)

)

п

1

sin об

Исключая из уравнений углы j} и j), путем тригонометрических преобразований, приходим к вьфажению, связывающему угол об наклона канавки со значением ее расстояния от.оптической оси устройства.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 11 излучения любой природы попадает на проецирующую систему,, состоящую из иллюминаторов 2 и 9 и линзы 10 Френеля. Про- 1ецирующая система фокусирует излу- |чение на фоточувствительную поверх- jiocTB приемника 3 излучения, который Э зависимости от типа приемника из- еряет те или иные энергетические ха рактеристики излучения.

Устройство позволяет повысить надежность работы устройства в водной среде при сохранении точности измерений, т.е. значительно уменьшается герметизируемый объем и понижается напряжение в иллюминаторах.

Формула изобретения

Устройство для измерения энерге- . тических характеристик излучения в

водной среде, содержащее расположенные последовательно по ходу излучения проецирующую систему и приемник излучения, установленный в герметич5 ной камере с иллюминатором, от л и- чающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при сохранении точности измерений, оно снабжено дополнительной герметич0 ной камерой, связанной с основной элементами крепления и юстировки и выполненной в виде оправы с двумя иллюминаторами, внутри которой размещена линза Френеля ступенчатой сто5 РОНОЙ к приемнику излучения, образующая вместе с иллюминатором основной герметичной камеры и иллюминатором, обращенным в сторону приемника излучения, дополнительной герметичной

0

5

камеры, проецирующую систему, при этом геометрические параметры линзы Френеля определяются соотношением

-1-

d,(n,X-b(l-x)()) Vd2K-R2(x))r

R(x)

где R(x) хЧп,|Т7- лПХ X ,

oi - угол наклона канавки на по- верхности линзы Френеля; р - расстояние канавки на поверхности линзы Френеля от оптической оси устройства dj - длина воздушного промежут- ка в пространстве между

линзой Френеля и приемником излученияJ dj - длина водного промежутка

в пространстве между лин- ЗОЙ Френеля и приемником

излучения; п, - показатель преломления

стекла иллюминаторов; Uj - показатель преломления вод-, ной среды.

Воздух. Soda Фиг. 2

&озду)(

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения световых потоков в водной среде. Целью изобретения является повышение надежности устройства при сохранении точности измерений. Устройство содержит герметичную камеру в виде корпуса 1 с иллюминатором 2 и расположенным внутри нее приемником 3 излучения и дополнительную камеру, в которой установлена линза Френеля 10. Линза Френеля при этом выполнена с учетом наличия водной среды между герметичными камерами. Свет от источника излучения попадает на проецирующую систему, фокусирующую излучение на фоточувствительную поверхность приемника излучения, который в зависимости от типа измеряет те или иные энергетические характеристики излучения. 3 ил. (Л

fe.J