Способ определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения Советский патент 1988 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества, в технологии производства дисперсных сред и ве- щест:в, в прикладной оптике, оптике атмосферы для контроля атмосферного аэрозоля, туманов, дымки и т.д.

Целью изобретения является повышение точности определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения На чертеже изображена схема формования измерительного объема и некоторые элементы устройства, реализующего этот способ.

; Поток 1 излучения падает на измерительный объем, ограниченный передней 2 (по отношению к падающему потоку) и задней (не видна) поверхности, тремя поглощающими экранами, закры- вакщими боковые поверхности (виден только один поглощакяций экран 3) и .фотодиодной матрицей 4, закрывающей четвертую боковую поверхность измерительного объема, измеряющей величину потока 1,. На чертеже показана также диафрагма 5, устанавливаемая на переднюю поверхность измерительного объема при измерении потоков l и 1, Такая же диафрагма устанавливается за заднюю йоверхность измерительного объема;

Способ осуществляется следующим образом.

В среде без ее модификации, т.е в условиях многократного рассеяния., формируется измерительный объем в фор ме прД 6угольного параллелепипеда квадратного сечения. Этот объем осэе- щается коллимированным потоком светового излучения. Измеряют геометрические размеры освещенного объема Х, и-устанавливают с трех боковьпс сторон поглощающие экраны. После это- го любым стандартным методом (с помощью ФЭУ или фотосопротивления) из- величины световых потоков, прошедших среду I,, и вьш1едшего через

не закрытую экраном боковую поверхность рассеивающего объема излучения 1. Закрывают поглощаюпщм экраном четвертую боковую поверхность, уста- навливают соосно на передней и задней поверхностях рассеивающего объема одинаковые диафрагмы с площадью отверстия 0,1-2 мм (в зависимости от типа приемника излучения и площади сечения, потока излучег.ия) и в этих ,

условиях вновь измеряют величину I, прошедшего потока излучения. Если сигнал 1 окажется мйСпым, то уменьшают длину Хд прямоугольного параллелепипеда с целью уменьшения погрешности измерения. Найденное значение сигнала нормируют на величину падающего кол- лимированного потока излучения х д, проходящего через данные диафрагмы без среды, находят логирифм этого отношения и рассчитьшают коэффициент ослабления по формуле

-bi-ifгде Xj, - геометрический размер измерительного объема вдоль направления распространения световог9 потока. Из величин fli,-1, и 1 вычисляют

1 , I+RC.C-RO

O JX/ I-R

(iX

1-Ro-C

,

Q

5

0

5

где К(7 - функция ослабления, рассчитываемая для слоя данных геометрических размеров

о 2о«

С - интегральный поток излучения, вьш1едп1ий через боковую поверхность измерительного объема (),

RP - коэффициент отражения слоя рассеивающей среды полубесконечной толщины (для данных геометрических размеров), равный

к„ ь±-4ь ч1

РПР h- r2iSi-2C+2ClL32I..

;« -z 1-1,-с

Величины Kg и R „ - экспериментальные

в отличие от расчетных К- , R{ (...Nb ....,

Форма индикатрисы рассеяния характеризуется интегральными параметрами рассеяния , и JH. Известно, что разность интегральных параметров ij,, равна

,(H-Ro)/(1-R)(1)

Предел изменения iju равен

2(1-Ro)

« K:()

Если в эти уравнения подставить К и R в, то можно найти разность (-Ji), ЯААПИС и предел изменения AJM . Параметры t , , JU связаны условием нормировки

ij.+jn-4/ i.

Для их вычисления организуют итерационный цикл. Зная , подставляют его значение в усдовие нормировки

,(2)

Решая совместно (1) и (2) , находят первое приближение для Ц, ,fi ,(рбозначен- ные как t, , , ( ) Эти значения используют для определения соответст- вующих им величин К и R, следующим образом:

,- illRiHliESEllK i;))

к;7г 1+к;ехр(-к , сГ) К, %()();

р ,

CN L (HRJ ) (1 ехЕ (-К V ))

г Т+5Т gxp (

к, 4%,(1-,)(1-Ч,+Л); R Ki LLli3iL.

VK 4-4ju,.l-,l

этих уравнениях величина С опредеется по формуле .

Производят сравнение параметров К и R, с полученными ранее значениями Кц и RO и, если они не совпадают, уменьшают значение JW;,oikc на 0, 1 и повторяют вычислеЯия по описанному алгоритму. Вновь сравни- вают полученные значения R с Кд и R и продолжают описанную процедуру до их совпадения. Параметры j,j , J,-, /I,, для которой козффициент К К „ и R.Rp, являются искомыми величинами, по которым с удят о форме индикатрисы рассеяния светового из- . лучения.

Пример. Проводилось определение формы индикатрисы рассеяния среды, сформированной частицами полистирола, взвешенным в воде.

Освещенный ксшлимированным потоком объем формировалх:я в стеклянной кювете. Геометрические размеры кюветы мм, ,50 .мм.

Интенсивность излучения измерялась с помощью ФЗУ 79 со светофильтром на длине волны ,633 мк. Начальная интенсивность регулировалась тепловым источником и равнялась мкА.

ю

15

0

25

30

5 40 45

gQ

55

Устанавливались с трех боковых стор он непрозрачные черные экраны и проводили измерения I, и 1, которые в этом случае были равны: I,0,5324; ,4728.

Закрывали поглощающим экраном четвертую боковую поверхность; устанавливали соосно на передней и задней поверхностях рассеивающей кюветы одинаковые диафрагмы с площадью отверстия от 0,5 до 1 мм. Измеряли 1 и lj:lo 1000 мкА, 1,,5 мкА. Рассчитывали коэффициент ослабления

/ 1 , 1000 ,„„ -

По формулам вычисляли ,40948, ,08488, Ч ,7974, AJ4 0,046. Выбирали ,0,045, тогда (j 0,8087, ,0,0113, По формулам нашли, что R,0,34721, ,11725, что не соответствует значениям Кд и К,. Уменьшили значения jH на 0,005.

Вычисления приведены в итерационной табл. 1.

По полученным параметрам судят об интенснвностн рассеяния Б различных направлениях. В частности, 0,7974.

Для сферической индикатрисы рассеяния интегральные параметры равнь соответственно: |i.0,16666; 0,- 16666; ,16666; .

В качестве примера величины сред1гах косинусов ряда ивдикатрис приведены в табл. 2, что дает представление о. форме индикатрисы.

Методическая погрешность предложенного способа определена ;посред- i ством расчета интегральных потоков изУ- лучения методом Монте-Карло. Отклонения в расчетах составляет менее 1%, Инструментальная погрешность полностью определяется погрешностью измерения интегральных потоков рассеянного светового излучения. Например, если относительная погрешность измерения I , 1 равна 3%, то величины $ f определяются с погрешносг тью 3%.

Использование изобретения обеспечивает возможность определения формы индикатрисы рассеяния в условиях многократного рассеяния излучения, в ;. связи с чем отсутствуют ограничения на оптические размеры исследуемой среды, повышение точности и оперативности определения формы индикатри- сы рассеяния вследствие того, что

многократное рассеяние излучение несет основную ин11), а не яв- пяется помехой, как в неф.елометричес- ких методах, позволяет определить дополнительный интегральный параметр индикатрисы At.

b о

рмула изобретения

Способ определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения, заключающийся в том, что направляют поток излучения на иссле- цуемую среду, измеряют потоки излучения, рассеянные исследуемой средой в заданных направлениях, о т л и - ч а. ю щ и и с я тем, что, с целью повьппения точности определения формы индикатрисы рассеяния, перед измерениями формируют измерительный объем в виде параллелепипеда квадратного сечения, измеряют геометрические размеры измерительного объема, устанавливают с трех боковых сторон поглощающие экраны, измеряют величины потоков излучения, прошедшего 1 и рассеянного I, через незакрытую экраном боковую поверхность, закрывают поглощающим экраном четвертую боковую поверхность, устанавливают

соосно на передней и задней по отношению к падающему излучению поверх- ностях измерительного объема.одинаковые диафрагмы, вновь измеряют величину прошедшего потока излучения 1,

удаляют из измерительного объема исследуемую среду и измеряют поток излучения 1 д, .прошедший измерительный объем с диафрагмами без исследуемой среды, а о форме индикатрисы

рассеяния судят по интегральным параметрам рассеяния, определяемым из величин 1, Ij,, Т,, I g и геометрических, размеров измерительного объема,

,

Т а б л и ц а 1 .

Изобретение относится к оптике дисперсных сред и может быть использовано для исследования молекулярного состояния вещества в технологии производства дисперсных сред и веществ, в прикладной оптике для контроля ат- мо сферного аэрозоля, туманов и дымки . Изобретение повышает точность определения формы индикатрисы рассеяния светового излучения веществ, находя- . в дисп ерсном состоянии Повышение точности достигается тем, что основную информацию получают по многократно рассеянному излучению, которое является помехой в других методах, С этой целью измерения светозых потоков проводят в прямоугольных кюветах известных геометрических размеров а, Ь, с, с трех боковых сторон которых устанавливают поглощающие экраны, измеряют световые потоки, вы- ходчщие через не закрытые экранами стороны кюветы, дополнительно определяют оптические размеры кюветы в направлениях х, у, z, после чего по итерационному алгоритму и значениям потоков и .оптических размеров вычисляют интегральные параметры индикатрисы рассеяния, по которым судят, о ее , форме. 2 табл, 1 ил. S сл С

римечание: В операциях 7-11 изменен шаг

итерации; в строке 11 К,,&9 0,40948, К ,084873, т.е. 1 0,86338 ; 0,06598, JH 0,1766.

Составитель В.Калечиц Редактор М.Келемеш Техред, А.Кравчук Корректор Г.Решетник ;

Заказ 3471/38

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Таблица2

Подписное