Оптическая камера высокого давления Советский патент 1991 года по МПК G01N21/03 

(46) 23.08.91. Бюл. 31

(21)4010343/25

(22)14.01.86

(71)Институт физики высоких давлений им. Л.Ф.Верещагина

(72)А.М.Широков, М.И.Еремец, А.И.Степанов и В.В.Стружкин

(53)535.242(088.8)

(56)Нефедова В.В., Минин А.П. Камера высокого давления для оптических исследований при низких температурах . - Приборы и техника эксперимента, № 2, 1973, с. 198-199..

Авторское свидетельство СССР № 1267878, кл. G 01 N 21/03, 1985.

(54)ОПТИЧЕСКАЯ КАМЕРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано при проведении физических, химических и биологических исследований оптическими методами в широком диапазоне температур и давлений. Цель изобретения - расширение технических возможностей за счет упрощения конструкции оптической камеры высокого давления и повьшения надежности в различных режимах работы. Камера представляет собой автономную конструкцию осевой симметрии, в которой отверстия для ввода излучения расположены перпендикулярно оси канала высокого давления, причем они выполнены в корпусе камеры без использования обтюраторов, а оптические окна расположены непосредственно на внутренней стенке канала высокого давления. Поверхность оптических окон должна обеспечивать плотный контакт с поверхностью стенки канала высокого давления. I ил.

сл

САд

ее

Изобретение относится к технике физико-химических исследований при высоком давлении и может быть использовано при проведении физических, хи- мических и биологических исследований оптическими методами в широком интервале давлений и температур (включая гелиевые).

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности в различных режимах работы.

На чертеже схематично изображена предлагаемая камера, разрез.

Камера состоит из корпуса I, в котором вдоль его оси выполнен рабочий канал 2. В корпусе перпендикулярно его оси выполнены отверстия 3 и А для ввода светового излучения в рабочий объем. На торцах отверстий 3 и 4, расположенных на внутренней стенке рабочего канала 2, установлены оптические окна 5 и 6. Уплотнение производится по принципу нескомпенсированной площади по притертым друг к другу поверхностям в области соприкосновения окна и стенки рабочего объема. Остапьные элементы устройства являются традиционными для камеры высокого давления. Б одном торце внутреннего канала располагается обтюратор 7 с электровводами 8, уплотненный прокладками 9 и опорным кольцом 10. Обтюратор укреплен в корпусе фиксирующей гайкой 1I. В другом торце внутреннего канала расположен поршень 12 с грибком 13 и уплотнениями .14. Положение поршня фиксируется гайкой 15 через сухарь 16. Между окнами 5 и 6 расположен исследуемый образец 17.

При необходимости внутренний канал в корпусе 1 может быть вьшолнен с постоянным сечением по длине камеры как в месте расположения окон, так ив области поршиевой системы. Гайка 15 может быть выполнена как накидной, так и внутренней. Шток 18 передает давление пресса. Обтюратор 7 может быть выполнен электрическим, оптическим или комбинированным.

Оптический ввод вьтолняют без использования обтюраторов и без изго- товлеиия специального каиала для устройства оптического ввода. Тоикие ка- ивлы диаметром, необходимым для ввода оптического излучения в область .высокого давле1шя, выполняют непосредствеино в боковьос стен

Г

0

5

ках рабочего объема (или на его торцах) , а прозрачные окна типа Поулте- ра уплотняют непосредствеино на внутренней поверхности рабочего объема. В простейшем случае (и оптимальном с точки зрения достижения максимального давления), когда рабочий объем имеет цилиндрическую форму, окно притирается по цилиндрической поверхности в месте расположения канала оптического ввода. В месте расположения оптического ввода виутреииий каиал может быть вьтолнеы также и в виде - отверстия прямоугольного сечеиия, в таком варианте уплотнение окои производят традициоииым способом - по плоской поверхности.

В случае необходимости в рабочем канале могут быть расположены две пары окон, расположенные под углом 90 друг к другу. При этом корпус имеет дв пары оптическю{ вводов в рабочий объем.

Обшик является расположение оптических окон непосредственно на внутренней поверхности рабочего объема без применения традиционных обтюраторов и фиксирующих их гаек.

Работа устройства заключается в следующем. ;

В канал 2 помещают поршень 12 с грибком 13 и уплотнениями 14. В корпусе 1 уплотняют окна 5 и 6. Для это- 5 го на дно рабочего канала помеща1от специальную шаблон-подставку (напри- , мер, из оргстекла), чтобы поставленные затем на них окна занимали необходимое положение по высоте для правильного расположения относительно оптических отверстий. На опорную цилиндрическую поверхность окне приклеивают две тонкие пластичные прокладки (например, из свинца и меди ), окна помещают в каиал напротив отверстий и создают предварительное . поджатие окоя (с помощью, например, клиньев или другим способом). Проклеивают окна, когда они находятся в 0 .поджатом состоянии. После полимеризации клея клинья убирают. На обтюраторе 7 монтируют образец 17 и манганиновый манометр, подпаивая их к злек- тровводам 8.

Внутренний канал корпуса заполняют жидкостью, передающей давление. Обтюратор 7с уплотнениями 9, 10 запрессовывают в рабочий объем 2 так, чтобы исследуемый образец I7 был рас0

0

5

5

31

положен между окнами 6 и 5. Положение обтюратора в ко рпусе фиксируют гайкой М. С помощью пресса через шток I8 перемещают поршень I2 в кана- ле 2 для создания необходимого давле- ния, которое измеряют манганиновым манометром. Положение поршня при выбранном давлении фиксируют гайкой 15. Камеру извлекают из пресса и поме- щают в рабочее положение.

Камера (см.чертеж ) была изготовлег на из стали 45 ХМНФА и испытана до давлений м 10 кбар при комнатной температуре. Габариты камеры: диаметр рабочего канала - 12 мм, внешний диаметр корпуса - 40 мм, диаметр оптических отверстий на внутренней поверхности - 3 мм, угловая апертура - ЗО, толщина оптических ,5мм.

С помощью камеры записаны спектры люминесценции рубина под давлением до 10 кбар.

При записи спектров люминесценции рубина образец рубина размером 1 х X 1 X 0,5 мм приклеивают к BHj-TpeH- ней ловерхности окна. Собирают камеру, согласно описанной процедуре. Создают давление. Помещают камеру в оптическую схему. Луч от лазера

31

(А « 441 нм) фокусируют на рубине. Люминесцентное излучение через фильтр, отрезающий возбуждающее излучение, направляют в монохроматор и регистрируют спектр люминесценции с помощью ФЭУ и самописца.

Формула изобретения

Оптическая камера высокого давления, содержащая корпус с каналом высокого давления, отверстия для ввода излучения, ось которых перпендикулярна оси канала высокого давления, оптические окна, отличающая- с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повьш1ения надежности в работе, в корпусе камеры выполиеиы отверстия с линейной апертурой d - (О,I...0,2)D, где d - диаметр отверстия в месте его контакта с окном; D - диаметр канала высокого давления, и угловой апертурой не более ЗО,- а оптические окна установлены непосред- ствеино иа внутренней стенке канала высокого давления соосно с отверстиями, Причем соприкасающиеся поверхности оптических окон и стенок канала установлены на плотном контакте.