Устройство для измерения индикатрис рассеяния света Советский патент 1989 года по МПК G01N21/01 

1

Изобретение относится к оптическим устройствам для изучения размеров, формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеянного ими света.

Целью изобретения является повышение точности измерения углового распределения рассеянного объектом потока излучения.

На чертеже приведена блок-схема устройства, состоящего из оптико-механической и электронной частей.

В оптико-механическую часть входят источник 1 излучения, последовательно расположенные на пути излучения неподвижная призма 2, призма 3, снабженная механизмом 4 вращения, диск-модулятор 5, жестко закрепленный на валу механизма 4, с расположенными по окружности отверстиями, оптически замыкающиеся через отверстия в диске-модуляторе 5 оптронные пары 6 и 7 реперов начала цикла сканирования и реперов угла сканирования соответственно, соосные кольцевые зеркала 8 и 9, выполненные в виде вогнутых сфер и расположенные со- фокусно между собой по обе стороны неподвижной призмы соосно с осью вращения призмы 3; плоские зеркала 10 - 12, расположенные в фокусах зеркал 8 и 9 под углом к световому потоку ( в частности, угол наклона равен 45 ), фотоприемник 13 прямого излучения, расположенный на пути потока излучения источника 1, отраженного зерка

0

5

0

5

лом 10, фотоприемник 14 рассеянного г излучения измерительного канала и фотоприемник 15 рассеянного излучения вспомогательного канала, расположенные на пути потоков излучения, отраженных зеркалами И и 12, причем зеркала 10 и 11 установлены в диаметрально расположенных фокусах кольцевых зеркал 8 и 9, а зеркало 12 установлено с возможностью перемещения совместно с фотоприемником 15 по окружности, центр которой совпадает с осью симметрии софокусных зеркал 8 и 9, а плоскость перпендикулярна этой оси для регулирования времени опережения развертки индикатрисы на фотоприемнике 15 рассеянного излучения вспомогательного канала по отношению к развертке индикатрисы рассеянного излучения на фотоприемнике 14 измерительного канала.

В электронную часть устройства входят разностный сумматор 16, вычитающий вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника 15, а суммирующий - к электрическому выходу фотоприемника 14; линейный детектор 17, выполненный в виде аналоговых ключей 18 и 19, подключенный входами к выходу разностного сумматора 16, компаратора 20, подключенного инвертирующим входом к общей шине питания, а неинвертирующим - к выходу разностного сумматора 16, а выходом - к управляющему входу аналогового ключа 19, инвертора 21, вход которого

подключен к выходу компаратора 20, а выход - к управляющему входу аналогового ключа 18, разностного сумматора 22, вычитающий вход которого подключен к выходу аналогового ключа 19, а суммирующий - к выходу аналогового ключа 18, преобразователь 23 напряжение - частота, вход которого подключен к выходу линейного детектора, синхронизатор 24, выполненный в виде генератора 25 стабильной частоты, счетчика 26 и регистра 27, причем выход генератора 25 подключен к счетному входу счетчика 26, установочный вход (R-вход) которого подключен к электрическому выходу оптронной пары 6 реперов начала цикла сканирования, а цифровой выход счетчика подключен к информационному входу регистра 27, коммутатор 28 регистрируемого сигнала, состоящий из компаратора 29, подключенного неинвертирующим входом к выходу фотоприемнГика прямого излучения , инвертирующим входом - к выходу потенциометра 30, подключенного к источнику опорного напряжения положительной полярности, аналоговых ключей 31 и 32, причем вход аналогового ключа 31 подключен к выходу фотопри- емника 13, управляющий вход - к выходу компаратора 29, вход аналогового ключа 32 подключен к электрическому выходу фотоприемника 14 рассеянного излучения измерительного канала, ин- вертора 33, подключенного входом к выходу компаратора 29, а выходом - к управляющему входу аналогового ключа 32, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 34, подключенный входом к информационным выходам аналоговых ключей 31 и 32, логический элемент ЗИЛИ 35, соответствующие входы котово времени, электрические сигналы, несущие информацию о рассеивающих свойствах исследуемого объекта. Дл обеспечения идентичности амплитуд сигналов с выходов фотоприемников 14 и 15 их интегральные коэффициен ты преобразования светового потока

рого подключены к выходу преобразователя 23 напряжение - частота, выходу 45 источника 5 устанавливаются одина- компаратора 29 и электрическому вы- .ковыми (регулировкой коэффициентов ходу оптронной пары 7 реперов угла сканирования, а выход - к управляющему входу опроса АЦП 34 и управляющему входу регистра 27, цифровой регистра--..

, тор - оперативное запоминающее устройство ЭВМ 36, соответствующие входы которого подключены к выходу АЦП 34 и к выходу регистра 27.

Устройство работает следующим об- « разом.

Поток излучения источника 1, отражаясь от призм 2 и 3 и кольцевых зер.кал 8 и 9, пересекает исследуемый

передачи встроенных в фотоприемники

14и 15 усилителей перед началом эксперимента). Сигнал фотоприемника

15опережает по времени сигнал фото приемника 14 во времени на интервал

ЬЧ At 7j- где со - угловая скорость

вращения призмы 3.

Электрические сигналы фотоприемника 14 и 15 поступают на вход разностного сумматора 16 и сигнал на его выходе пропорционален их оаэнос

объект под различными углами в зависимости от углового положения призмы 3. Рассеянное частицами излучение поле отражения от кольцевого зеркала 9 собирается в фокусе F, и, отражаясь от поверхностей зеркал 11 и 12, попадает на фотоприемники 14 и 15 соответственно. На электрических выходах фотоприемников 14.и 15 возникают сигналы, пропорциональные интенсивности рассеянного излучения, но сдвинутые между собой на заранее заданный угол &ц, определяемый положением зеркал 11 и 12 и фотоприемников 13 и 14 в плоскости, проходящей через фокусы кольцевых зеркал 8 и 9, и соответственно равный углу между оптическими осями, проходящими через центры зеркал 11 и 12 и ось симметрии кольцевых зеркал 8 и 9.

При попадании отраженного зеркалом 10 нерассеянного потока излучения на оптический вход фотоприемника

13на его электрическом выходе возникает сигнал, пропорциональный интенсивности этого потока. Для регистрации величины нерассеянного потока сигнал фотоприемника 13 подается на второй вход коммутатора 28, на первый вход которого поступает сигнал фотоприемника 14 рассеянного излучения. В процессе развертки по углу

на электрических выходах приемников

14и 15 рассеянного излучения и вспомогательного канала возникают идентичные по амплитуде, но сдвинутые

во времени, электрические сигналы, несущие информацию о рассеивающих свойствах исследуемого объекта. Для обеспечения идентичности амплитуд сигналов с выходов фотоприемников 14 и 15 их интегральные коэффициенты преобразования светового потока

источника 5 устанавливаются одина- .ковыми (регулировкой коэффициентов

источника 5 устанавливаются одина- .ковыми (регулировкой коэффициентов

передачи встроенных в фотоприемники

14и 15 усилителей перед началом эксперимента). Сигнал фотоприемника

15опережает по времени сигнал фотоприемника 14 во времени на интервал

ЬЧ At 7j- где со - угловая скорость

вращения призмы 3.

Электрические сигналы фотоприемника 14 и 15 поступают на вход разностного сумматора 16 и сигнал на его выходе пропорционален их оаэнос

ти. Линейный детектор 17 производит коммутацию сигнала отрицательной полярности. Для этого выходной сигнал разностного сумматора 16 подается на входы компаратора 20 и аналоговых ключей 18 и 19, выходные сигналы которых подаются на неинвертирующий и инвертирующий входы разностного сумматора 22. При положительной полярности сигнала компаратор 20 включает аналоговый ключ 19, а при отрицательной выходной сигнал инвертора 21 включает аналоговый ключ 18.

Таким образом, на выходе инвертора полярности формируется сигнал, прямо пропорциональный модулю скорости изменения сигнала на выходе фотоприемника 14. Далее однополярный сигнал с выхода линейного детектора 17 поступает на вход преобразователя 23 напряжение - частота, выходные импулсы которого поступают на первый вход логического элемента ЗИЛИ 35, на второй вход которого поступают импульсы с управляющего выхода коммутатора 28 а на третий - с выхода оптронной пары 7 реперов угла сканирования. Выходные импульсы логического элемента ЗИЛИ 35 поступают на управляющий вхо АЦП 34 и вход синхронизатора 24, где осуществляется временная привязка импульсов запуска АЦП 34. Импульсы генератора 25 поступают на счетчик 26, с выхода которого цифровой код записывается в регистр 27, и по команде с логического элемента ЗИЛИ 35 синхронно с опросом АЦП 34 поступает в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 36. Разделение массивов информации по циклам сканирования производится по команде прерывания, поступающей с электрического выхода оптронной пары 6 реперов начала цикла на установочный вход синхронизатора 24.

Таким образом осуществляется автоматическое формирование первой производной функции углового распределения рассеянного света, формируются импульсы запуска АЦП, частота следования которых пропорциональна модулю первой производной этой функции, кодовых (цифровых) комбинаций времени следования этих импульсов, импульсов реперов текущего значения угла развертки и импульса времени регистрации интенсивности излучения лазера (для контроля его стабильности).

5

0

5

0 ф °

Это позволяет повысить точность измерения углового распределения рассеянного измерения и высвободить ЭВМ от операций по вычислению первой производной для управления процессом регистрации информации, поступающей в ее оперативное запоминающее устройство.

По окончании регистрации индикатрисы рассеяния в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ формируются массивы экспериментальной информации: цифровые коды с выхода АЦП, соответствующие амплитудным значениям рассеянного светового потока в момент запуска АЦП, интенсивности излучения лазера в момент начала развертки по углу и цифровые коды времени следования импульсов запуска АЦП. Привязка этих массивов к нулевой точке отсчета по углу развертки осуществляется импульсом оптронной пары начала цикла развертки, что обеспечивает ное соответствие измеренной амплитуды рассеянного светового потока текущему значению угла между падающим и рассеянным потоками.

рмула изобретения

ф °

Устройство для измерения индикатрис рассеяния света, содержащее источник излучения, последовательно расположенные на пути излучения не-„ подвижную призму и призму, снабженную механизмом вращения, два соосных кольцевых зеркала, выполненных в виде вогнутых сфер и расположенных софокусно по обе стороны неподвижной призмы, причем первое из них расположено соосно с осью вращения призмы, два плоских зеркала, расположенных под углом к оси потока излучения в диаметрально противоположных фокусах кольцевых зеркал перед фотоприемниками прямого и рассеянного излучения, диск-модулятор, жестко закрепленный на валу механизма вращения призмы, оптически замыкающиеся через отверстия в диске-модуляторе оптрон- ные пары реперов начала цикла и реперов угла сканирования, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения углового распределения рассеянного объектом потока излучения, в него введены фотоприемник вспомогательного канала с плоским зеркалом,

установленным под углом к оси потока излучения в фокусе ьольцевых зеркал со смещением относительно плоского зеркала, установленного перед фотоприемником рассеянного излучения, в направлении, противоположном вращению призмы, с возможностью перемещения совместно с фотоприемником вспомогательного канала по окружности в плоскости, проходящей через фокусы кольцевых зеркал, .оси симметрии которых совпадают с центром окружности, разностный сумматор, линейный детектор, преобразователь напряжение - частота, синхронизатор, коммутатор сигнала, аналого-цифровой преобразователь ( АЦП) и логический элемент ЗИЛИ, при этом неинвертируюций вход разностного сумматора подключен к электрическому выходу фотоприемника рассеянного излучения и к первому входу коммутатора, инвертирующий вход подключен к электрическому выходу фотоприемника вспомогательного канала, а выход через последовательно включенные линейный детектор и преобразователь напряжение - частота - к первому входу логического элемента ЗИЛИ, второй и третий входы которого подключены к электрическому выходу опт- ронной пары реперов угла сканироваQ ния и к управляющему выходу коммутатора соответственно, а выход - к управляющим входам АЦП и синхронизатора, установочный вход синхронизатора подключен к электрическому,,выходу

5 оптронной пары начала цикла, выход синхронизатора подключен к управляющему входу регистратора, информационный вход которого подключен к выходу АЦП, информационный вход АЦП подклюQ чен к информационному выходу коммутатора, второй вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника прямого излучения.

Изобретение относится к оптическим устройствам для изучения размеров, формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеянного ими света. Цель изобретения - повышение точности измерений. Изобретение позволяет расширить частотный диапазон дискретизации аналогового сигнала измеряемой функции углового распределения рассеянного исследуемым объектом светового потока при частоте дискретизации, пропорциональной скорости изменения амплитуды рассеянного света в зависимости от угла между падающим и рассеянным световыми потоками. Для этого фотоприемники 14 и 15, сдвинутые между собой на малый угол Δρ относительно оси симметрии устройства, формируют на входах сумматора 16 идентичные, но сдвинутые во времени на малый интервал сигналы, пропорциональные амплитуде рассеянного света. В результате на выходе разностного сумматора 16 выделяется сигнал, пропорциональный скорости изменения амплитуды рассеянного света в зависимости от угла между падающим и рассеянным световыми потоками. Посредством линейного детектора 17 и преобразователя напряжение-частота 23 формируются импульсы запуска АЦП 34, пропорциональные скорости изменения сигнала на выходе фотоприемника 14, преобразующие аналоговый сигнал с выхода этого фотоприемника в код, и запуска синхронизатора 24 для регистрации точного значения текущих углов между падающим и регистрируемым световыми потоками. Привязка текущих значений углов к началу отсчета осуществляется синхронизатором 24 по командам реперов начала цикла развертки с выхода оптронной пары 6. 1 ил.