Способ определения характеристик дисперсных сред Советский патент 1993 года по МПК G01N15/00 G03H1/16 

Изобретение относится к атмосферной оптике и касается получения информации о геометрических и пространственных параметрах дисперсных сред.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров дисперсных сред.

При получении пространственного спектра, например, при фокусировке пучка излучения, прошедшего голограмму Фраунгофера дисперсной среды, распределение интенсивности в фокальной плоскости фокусирующей линзы состоит из двух вложенных концентрических картин с характерными радиусами г и Tj. Радиус внутренней картины г связан со средним расстоянием между микрочастицами и голограммой на этапе регистрации 7. , а радиус внешней картины Tj связан со средним размеро микрочастиц d(.p .

В случае полидисперсной среды внешняя картина формируется наложением от Монодисперсных фракций раз- ных размеров. Позтому распределение энергии f(r) во второй картине в круге радиусом Tj идентично распределению микрочастиц по размерам f(d) с учетом соотношений и TJ.

Параметры внутренней картины определяются кольцами Френеля, зарегистрированными на голограмме. Кольца Френеля образованы интерференцией опорной болны и сферической волны от каждой частицы на зтапе записи голограммы. Параметры колец Френеля зависят только от 1 иг. Параметры внешней картины оЛределяются тенями частиц и спеклами, зарегистрированными на голограмме. Последние так же, как и тени имеют размер частиц. При этом спекл-структуру формируют все частицы среды, а четкие, не разбитые на спеклы кольца Френеля - только час- тицы, отстоящие на достаточном расстоянии от соседних частиц. Таким образом, соотношение числа четких колец Френеля и частиц спекл-структу- ры, а следовагельно, соотношение энергий, заключенных в пределах характерных радиусов первой и второй картин, однозначно характеризует концентрацию дисперсной среды. Построив калибровочный график зависимости концентраций п п(Е,/Е) от соотношения энергий в первой и второй картинах, определяют объемную концентрацию микрочастиц.

Ичпестнп, что кпитрлст носстлноп- ленного изображения fl кpoч- cтмцы К зависит от Z, конпеитрлции п и размера микрочастицы d, Построив калибровочные графики (7.ср ,d(.p,n) и по описанной ранее методике втисляя п, ZCP и d , определяют средний контраст действительного изображения микрочастиц дисперсной среды, которое может быть восстановлеио с данной голограммы. Таким образом, получают интегральный количественный критерий качества голограмт дисперсной среды.

Величина фотометрируемого участка голограммы и требуемое разрешение фотометрирования при измерении распределения почернения голограммы оп-, ределяются диапазоном размеров частиц, о которых требуется получить информацию. Разрешение фотометрирования должно быть на порядок Bbmie минимальных размеров частиц среды, а размеры фотометрируемого участка должны быть по крайней мере на порядок больше максимальных размеров частиц среды.

Средний размер и распределение по размерам микрочастиц среды могут быть определены также и непосредственно из пространственной функции интенсивности.

Пример. Производят голографическую регистрацию дисперсной среды. Для этого излучение импульсного ла- зера, например рубинового, пропускают через телескопическую систему, чтобы сформировать параллельный пучок излучения требуемого диаметра. Полученный пучок излучения посыпают через исследуемую среду на фатоплай- тину, например, Микрат ЛОИ-2, закрепленную в держателе из .комплекта УИГ-12. Энергию импуЛьса выбирают в соответствии с площадью поперечного сечения пучка излучения и чувствительностью фотопластинки. Затем ным способом производят химико-фотографическую обработку фотопластинки.

Способ поясняется чертежом.

На плите установки УИГ-12 при помощи комплекта держателей УИГ-12 устанавливают лазер 1 (например ЛГ-38), телескопическую систему 2, полученную голограмму 3, полупрозрачное зеркало А, действительное изображение среды 5, микроскоп 6 (например горизонтальный из комплекта ОСК-3), линзу 7, ФЭУ 8. Поперечные размеры вы

J 13

ходной линзы тепескопической системы 2, полупрозрачного зеркала 4, линзы 7 должны быть больше размеров засвеченной области голограммы 3.

Излучение лазера 1, пройдя телескопическую систему 2 и сформировавшись в параллельный пучок, проходит через голограмму 3, установленную перпендикулярно оси пучка. Излучение прошедшее через голограмму 3, при помощи полупрозрачного зеркала 4 де- лится на две части. Излучение, прошедшее через зеркало 4, формирует действительное изображение дисперс- ной среды 5. Перемещая микроскоп 6 в трех взаимно ортогональных направлениях, осуществляют фокусировку на изображения индивидуальных частиц в изображении дисперсной среды 5 и из- меряют их размеры, координаты, определяют их форму. Полученную информацию усредняют и получают интегральны характеристики среды.

Излучение, отраженное от полупроэ рачного зеркала 4, фокусируют при помощи линзы 7. В фокальной плоскости помещают входное окно ФЭУ 8 с малым входт; отверстием. Высокое напряжение (порядка 1,5 кЗ) подают на ФЭУ с источника питания 10, выходной сигнал ФЭУ регистрируют при noMouiji милливольтметра 11 .

При помощи ФЭУ 8 и милливольтметра 11 измеряют характерные масштабы

и г,

По формулам

A(0,610f/r,)2; . dtp 1,22 f/r,,

определяют средний размер и среднее расстояние до частиц ликоподия (А - длина волны излуче- кия лазера 1).

; Измерение Е, г ПРОИЗВОДЯТ следующим образом. Внеганяя картина представляет собой картину Эйри. При помощи ФЭУ 8 и милливольтметра 11 из- меряют энергию, содержа1цуюся в первом кольце картины Эйри (в безразмерных единицах) , и по известным соотношениям определяют энергию, содержащуюся в центральной части кар- тины Эйри (внутри круга радиусом г) т.6. EJ. Измеряя интегральную энергию в круге радиусом г, и вычитая из нее Е|, получают Е,. По калибро

3

5 0

5 о

5

0

5

0 g

13

вочноьгу графику .п п (F./lo ) определяют концентрацию частиц среды.

При помощи ФЭУ 8 и МИЛЛИпольтмет- ра 1 1 измеря сгт рясиреде.чснио гчнергии в пределах круга радиусом г . При данном измерении входное окно ФЭУ 8 должно иметь размеры большие, чем ширина колец внутренней картины для того, чтобы устранить ее влияние на измеряемое распределение.

По калибровочному графику К К (п, Zpp , d f,p) определяют средний контраст голографическог о изображения дисперсной среды 5.

С помощью описанного способа произведено определение парамет)(зг монодисперсного ансамбля частиц JiiiKoiio-. дия. Точность онредапения параметров среды определяется точног.тьк определения г , г , F . , К. В опис(.и)аемом случае при использовании ТОУ 8 и милливольтметра пог1К ш1 огть составляет V/

, . I /о .

По сравнению о прот(1типом предложенный способ имеет еледую аие пре- г1му1цества: расг.иряегси диапазон до- г ус 1имых рл-ч-и;г и И К Mi i..i 111 р 31лий -lac- тиц исследуог-тык JuiciieiK-НЬ А сред уие- лич 1иа1: f ся л.оч-. стиг-К Л пр iciHrioev. иссле;гуем. диспср лр.гх сред; упрошл- ется процесс аолученп.я ин г ;,viib;i K характернее ;;ic л.чг|,е:-,--чы,.. cpr.i; до ..- тигается воэМ11л кч:ть папучеиия иа- тегральньк хлрак 1 еристик диспе1 счой среды бе.; вссстанояпения гопографи- ческого изображения; дост.гается возможность полу -1сния интегральной информации о дисперсной среде с голограмм, с которых по тем или причинам восстановить изображение обыч- HbtM способом не удается; дос гигается возмохсность оиределения среднего контраста гологра(Ь1:ческого изображения дисперсной среды, которое может быть восстановлено с данко) го. гогра-.пчы как критерия ее качества; не исключается при необходимости восстановление голографического изображения дисперсной среды обычным способом и получение информации об индивидуальных микрочастицах.

Формула изобретен и я

Способ определения характеристик дисперсных сред, включаюгций голо- графическую регистращпо дисперсной

5

срсдм и Г рос11е (ипп1{це гологрлммы пучком когерентного излучения, о т л и - чающийся тем, что, с целью расширения диапагчона ог1ределяем,гх параметров дисперсных сред, формируют спектр пространственных частот пропускания голограммы, измеряют характерные масттабы двух вложенных

)

KOHiUMiTpMMPCKVix. K;I ртип, гпдсрчсицихгя в полученноь сп(, игчмсряют рлс- преде.пгние онерг ии в пределах характерного мпсттаба одной из картин, измеряют энергии в пределах масштабов обеих картин и по измеренным величинам определяют характеристики дисперсных сред.

Изобретение относится к атмосферной оптике и касается получения информации о геометрических и пространственных параметрах дисперсных сред. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых пара- метров дисперсных сред. Для определения характеристик дисперсных сред форьшруют спектр пространственных частот пропускания голограммы, измеряют характерные масштабы двух вложенных концентрических картин в полученном спектре. Характерные масштабы позволяют получить интегральные характеристики дисперсной среды без восстановления голографического изображения. 1 ил. сл со о со

Редактор А.Бер

Составитель В.Аджалов Техред А.Кравчук

Заказ 1958ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Пожо