Визуализирующая диафрагма Советский патент 1990 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к приборам для исследования оптических неодно- родностей в прозрачных средах теневым методом и может быть использовано при изучении обтекания тел газовым потоком, исследовании процессов горения и взрыва. Особенно удобна предложенная диафрагма- при проведении дорогостоящих экспериментов и исследовании плоховоспроизводимых процессов, так как позволяет при одном просвечивании получать информацию как о величине, так и о направлении отклонения света в прозрачных неодно- родностях.

Цель изобретения - повышение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.

На фиг.1 представлена визуализирующая диафрагма на фиг. 2-4 - графики для внутреннего, среднего и внешнего колец соответственно на которых по оси абсцисс отложена минимальная ширина фигуры в долях ширины кольца, по оси ординат - площадь части изображения осветительной диафрагмы, не перекрытая фигурой, в процентах от общей площади изображения осветительной диафрагмы; на фиг. 5-7 - графики для внутреннего, среднего и внешнего колец соответственно, где по оси абсцисс отложена величина смещения изображения осветительной диафрагмы с самой широкой части фигуры по кольцу, в градусах, по оси ординат - площадь части изображения осветительной диафрагмы, не перекрытая фигурой, в процентах от общей площади изображения осветительной диафрагмы.

Визуализирующая диафрагма выполнена в виде круга, составленного из примыкающих друк к другу разноцветных

0

5

0

5

0

5

0

5

колец 1-3, имеющих одинаковую ширину и выполненных из светофильтров основных цветов, и центральной фигуры 4, диаметр которой равен ширине кольца, а цвет совпадает с цветом внешнего кольца 1. В средней части кольца 1, по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, размещена непрозрачная фигура 5, а по другую сторону от нее - бесцветная фигура 6. Непрозрачная 7 и бесцветная 8 фигуры размещены на кольце 2. Непрозрачная 9 и бесцветная 10 фигуры размещены на кольце 3. Непрозрачные и бесцветные фигуры, размещенные на соседних кольцах, чередуются: непрозрачная фигура 7 лежит между бесцветными фигурами 6 и 10, непрозрачная фигура 9 лежит между бесцветными фигурами 10 и 8, бесцветная фигура 10 лежит между непрозрачными фигурами 7 и 9, бесцветная фигура 8 лежит между непрозрачными фигурами 5 и 9.

Максимальная ширина каждой из фигур 6, 7 и 10, лежащих по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, составляет 0,6 ширины кольца. Минимальная ширина фигуры 6, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, лежит в интервале (0,02-0,04) ширины кольца. Минимальная ширина фигур 7 и 10, расположенных соответственно на среднем и внутреннем кольцах визуализирующей диафрагмы, лежит в интервале (0-0,04) ширины кольца.

Максимальная ширина каждой из фигур 5, 8 и 9, расположенных по другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, составляет 0,8 ширины

10

20

25

кольца, минимальная ширина каждой из них лежит в интервале 0,1-0,12 ширины кольца.

Центральная фигура 4 и внешнее кольцо 1 могут быть изготовлены, например, из синего светофильтра, а кольца 2 и 3 - из зеленого и красного светофильтров соответственно. Ширина фигур изменяется по линейному закону.

Визуализирующая диафрагма работает следующим образом.

Ее устанавливают в фокальной плоскости теневого прибора так, чтобы «5 в отсутствии объекта исследования изображение круглой осветительной диафрагмы совпало с центральной фи- гурой 4, цвет которой определяет фон, на котором визуализируется объект исследования. В данном случае визуализация осуществляется на синем фоне.

Лучи света, прошедшие через прозрачные неоднородности объекта исследования, строят изображение осветительной диафрагмы, смещенное относительно центральной фигуры 4. При смещении изображения осветительной диафрагмы по радиусу от центра к периферии изображение прозрачной неоднородности окрашено в пурпурные цвета за счет смещения синего и красного световых потоков до тех пор, пока изображение осветительной диафрагмы полностью не выйдет за пределы центральной фигуры 4. Изображение прозрачной неоднородности будет красного цвета, когда изображение осветительной диафрагмы полностью сместится на кольцо 3, выполненное из красного светофильтра. Все оттенки оранжевого и желтый цвета соответствуют смещению изображения осветительной диафрагмы с кольца 3 на кольцо 2. Изображение прозрачной неоднородности будет зеленого цвета, когда изображение осветительной диафрагмы полностью сместится на кольцо 2. Зелено-синие цвета соответствуют смещению изображения осветительной диафрагмы с кольца 2 на кольцо 1 синего цвета. Синий цвет соответствует смещению изображения осветительной диафрагмы полностью на кольцо 1.

Таким образом, цветовой тон ко- (цирует величину углового отклонения света в прозрачной неоднородности.

В том случае, когда изображение осветительной диафрагмы полностью

30

35

40

45

50

55

10

20

25

«5

5574916

лежит в пределах одного кольца (светофильтра одного цвета), смешение изображения осветительной диафрагмы по кольцу сопровождается -изменением яркости или чистоты цвета в плоскости изображения в зависимости от того, по непрозрачной или бесцветной фигуре смещается изображение осветительной диафрагмы. При этом цветовой тон сохраняется без изменения. Например, при смещении изображения 11 осветительной диафрагмы по непрозрачной фигуре 5 от более узкой ее части в сторону более широкой части в плоскости изображения уменьшается яркость синего цвета в соответствии с увеличением доли изображения осветительной диафрагмы, задиафрагмиро- ванного непрозрачной фигурой.При аналогичном смещении изображения осветительной диафрагмы по бесцветной фигуре в плоскости изображения уменьшается чистота синего цвета в соответствии с увеличением доли белого света, проходящего через бесцветную фигуру. Таким образом, яркость и чистота цвета кодируют направление отклонения света в прозрачной неоднородности.

В том случае, когда изображение осветительной диафрагмы смещается на светофильтры двух цветов, при перемещении изображения осветительной диафрагмы по окружности изменяется не только яркость и чистота цвета, но и цветовой тон.

Изменение характеристик цвета (цветового тона, яркости, чистоты цвета) в плоскости изображения при смещении изображения осветительной диафрагмы по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, достигается за счет различной протяженности фигур, размещенных на внешнем, среднем и внутреннем кольцах визуализирующей диафрагмы, различной минимальной ширины фигур и чередования непрозрачных и бесцветных фигур на кольцах визуализирующей диафрагмы.

Различие в изображениях прозрачных неоднородностей, смещающих изображение осветительной диафрагмы в положения 12 и 13, лежащие иа одной окружности и размещенные симметрично относительно вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, достигается за счет раз30

35

40

45

50

55

личной минимальной и максимальной ширины фигур, размещенных на одном и том же кольце по обе стороны от вертикальной линии, и чередованием бесцветных и непрозрачных фигур, размещенных на кольцах визуализирующей диафрагмы.

Выбор интервала, в котором изменяется ширина непрозрачных и бес- цветных фигур, определяется следующим.

При смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкую часть непрозрачной фигуры освещен- ность в плоскости изображения должна быть достаточна для того, чтобы глаз различал цветовой тон. При смещении; изображения осветительной диафрагмы по бесцветной фигуре в плоскость

изображения не должны проходить слишком разбеленные цвета, цветовой тон которых трудно определить. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы площадь, не перекрытая фигу- рой, при смещении изображения осветительной диафрагмы на ее самую широ- .кую часть составляла не менее 10% всей площади изображения осветительной диафрагмы.

Диафрагма должна обеспечить заметное для глаза различие в изображениях прозрачных неоднородностей, отклоняющих изображение осветительной диафрагмы в положения, лежащие на одной окружности и расположенные симметрично относительно вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы. Для выполнения этого требования необходимо, размес- тив фигуры с различной максимальной шириной по разные стороны от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, выбрать минимальную ширину каждой из них так, чтобы разница в площадях, не перекрытых фигурами при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части фигур, составила не менее 8%. Поскольку пороговое различие для яркости около 2%, а чувствительность глаза к изменению чистоты цвета зависит от длины волны: для красного цвета с Л 700 нм наблюдается 25 ступеней насыщенности,для синего цвета с Л 450 нм - около 22 ступеней насыщенности, для зеленого цвета с А 520 нм - около 19 ступеней насыщенности, отличие в пло

щадях не менее 8% обеспечивает значительное превышение пороговых различий яркости и чистоты цвета в плоскости изображения. Отличия в изображениях прозрачных неоднород- ностей возрастают по мере увеличения разности площадей.

Поскольку внешнее кольцо и центральная фигура визуализирующей диафрагмы выполнены из светофильтра однго цвета, визуализирующая диафрагма должна обеспечить заметное различие в световых потоках, проходящих в плоскость изображения через центральную фигуру и внешнее кольцо, пр смещении изображения осветительной диафрагмы на самую узкую часть фигуры .

Выполнение этого требования обеспечивается, если при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую узкую часть фигуры площадь, перекрытая фигурой, отличается от площади изображения осветительной диафрагмы не менее, чем на 8%.

Диафрагма должна обеспечить увеличение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.

Выполнение всех указанных требований обеспечивается за счет выбора максимальной и минимальной ширины фигур, размещенных на кольцах визуализирующей диафрагмы.

Приведенная таблица позволяет удовлетворить первому требованию, связанному с выбором максимальной ширины фигур. Таблица характеризует пропускание цветного светового потока в плоскость изображения при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые широкие части фигур различной максимальной ширины размещенных на внешнем, среднем и внутреннем кольцах визуализирующей диафрагмы.

Площадь изображения осветительной диафрагмы, не перекрытая фигурой, в % от площади изображение осветительной диафрагмы

Из таблицы видно, что первому требованию удовлетворяют все фигуры, максимальная ширина которых равна или меньше 0,8 ширины кольца. При максимальной ширине фигуры больше 0,8 ширины кольца при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкую часть фигуры внешнего кольца в плоскость изображения Пройдет слишком мало света для того, чтобы глаз смог различить цветовой тон. При максимальной ширине фигуры меньше 0,6 ширины кольца сокращается интервал изменения яркости (чистоты цвета) в плоскости изображения при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре и, как следствие,- уменьшается точность определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности.

Из трех фигур, удовлетворяющих первому требованию, для размещения по обе стороны от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирую- щей диафрагмы, целесообразно выбрать фигуры с максимальной шириной 0,6 и 0,8 ширины кольца, так как они обеспечивают максимальную разницу площадей, не перекрытых фигурами, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую широкую часть их.

При выборе минимальной ширины фигур учитывается необходимость выполнения для фигур, размещенных на внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы, второго требования, предъявляемого к диафрагме (разница в площадях, не перекрытых фи- гурами, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части фигур болыпе или равна 8%), а для фигур, размещенных на внешнем кольце визуализирующей диаф1557491

10

0

нии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, целесообразно выбрать следующие интервалы изменения минимальной ширины фигур: (О - 0,04) ширины кольца для фигур с максимальной шириной 0,6 ШИРИНЫ кольца, размещенных на внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы и (0,02 - 0,04) ширины кольца для фигуры с той же максимальной шириной, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы. Минимальную ширину всех фигур, размещенных по другую сторону от вертикальной линии, целесообразно выбрать равной 0,1 - 0,12 ширины кольца. Максимальная ширина каждой из них составляет 0,8 ширины кольца.

Расширение интервала (0 - 0,04) ширины кольца, в котором может изменяться минимальная ширина фигур, размещенных на внутреннем и среднем кольцах визуализирующей диафрагмы, повлечет за собой уменьшение различия между площадями, не перекрытыми фигурами одного кольца, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие их части, а затем и невыполнение второго требования, предъявляемого к диафрагме.

Минимальная ширина фигуры, размещенной на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, лежит в интервале

5 (0,02 - 0,04) ширины кольца. При минимальной ширине фигуры меньше 0,02 ширины кольца не выполняется третье требование, предъявляемое к диафрагме. При минимальной ширине фигуры

0 больше 0,04 ширины кольца уменьшается различие между площадями, не перекрытыми фигурами, при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части фигур, разме5

0

Изобретение относится к приборам для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах теневым методом. Цель изобретения - повышение точности определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности. Визуализирующая диафрагма содержит примыкающие друг к другу кольца 1, 2, 3 одинаковой ширины, выполненные из светофильтров трех основных цветов, и центральную фигуру 4, диаметр которой равен ширине кольца, а цвет совпадает с цветом внешнего кольца 1. По одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, в средней части колец 1, 2, 3 расположены непрозрачные фигуры 5, 9 и бесцветная фигура 8, а по другую сторону от нее в средней части колец 1, 2, 3 расположены бесцветные фигуры 6, 10 и непрозрачная фигура 7. Непрозрачные и бесцветные фигуры, размещенные в соседних кольцах, чередуются. Ширина непрозрачных и бесцветных фигур монотонно изменяется по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, в интервалах от 0,02 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для внешнего кольца 1 и от 0 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для среднего 2 и внутреннего 3 колец, а по другую сторону от нее - в интервале от 0,1 - 0,12 до 0,8 ширины кольца для колец 1, 2, 3. 7 ил., 1 табл.

рагмы, не только второго, но и треть- 45 щенных на одном кольце. Это влечет за

его требования (площадь, перекрытая фигурой при смещении изображения осветительной диафрагмы на самую узкую часть фигуры, должна отличаться от площади изображения осветительной диафрагмы не менее, чем на 8%).

Оценку площадей проводили на основе анализа графиков 14-19. Цифрами обозначены прямые, характеризующие фигуры, максимальная ширина которых соответственно равна 0,6 и 0,8 ширины кольца соответственно.

Из анализа графиков следует, что по одну сторону от вертикальной лисобой уменьшение различия в изображениях прозрачных неоднородностей, вызвавших;такие смещения.

Таким образом, ширина фигур,раз- 50 мещенных на кольцах визуализирующей диафрагмы по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через ее центр, монотонно изменяется в интервалах (0 - 0,4) - 0,6 ширины кольца 55 Для внутреннего и среднего колец и (0,02-0,04) - 0,6 ширины кольца для внешнего кольца.

По другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр

собой уменьшение различия в изображениях прозрачных неоднородностей, вызвавших;такие смещения.

Таким образом, ширина фигур,раз- мещенных на кольцах визуализирующей диафрагмы по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через ее центр, монотонно изменяется в интервалах (0 - 0,4) - 0,6 ширины кольца Для внутреннего и среднего колец и (0,02-0,04) - 0,6 ширины кольца для внешнего кольца.

По другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр

визуализирующей диафрагмы, ширина фигур монотонно изменяется в интервале (0,1 - 0,12) - 0,8 ширины кольца для всех трех колец визуализирующей диафрагмы. При минимальной ширине фигур меньше 0,1 ширины кольца уменьшается различие между площадями, не перекрытыми фигурами при смещении изображения осветительной диафрагмы на самые узкие части фигур, размещенных на одном и том же кольце. Это уменьшает различие в изображениях прозрачных неоднород- ностей, вызвавших такие смещения. При минимальной ширине фигур больше 0,12 ширины кольца уменьшается точность определения направления отклонения света при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигурам, размещенным на внутреннем, среднем и внешнем кольцах визуализирующей диафрагмы.

Таким образом, по другую сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, ширина фигур монотонно изменяет- ся в интервале (О,, 1-0,12) - 0,8 ширины кольца.

На фигурах 5-7 представлены графики, позволяющие оценить точность, с которой определяется направление отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по кольцам визуализирующей диафрагмы.

Цифрами 20 - 22 обозначены прямые характеризующие точность определения направления отклонения света при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной равной 0,6 ширины кольца, и минимальной шириной, соответствующей границам интервалов, в которых может изменяться минимальная ширина фигур- (для внутреннего и среднего колец это 0 и 0,04 ширины кольца, для внешнего кольца 0,02 и 0,04 ширины кольца). Цифрами 23 - 25 обозначены прямые, характеризующие точность определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца, и минимальной шириной, соответствующей границам интервала, в котором может изменяться минимальо

5

0

5

0

35

40

ная ширина фигур, т.е. 0,1 - 0,12 ширины кольца.

Поскольку яркость цвета в изображении прозрачной неоднородности пропорциональна доли изображения осветительной диафрагмы, попадающей на незадиафрагмированную часть кольца, а чистота цвета пропорциональна доли изображения осветительной диафрагмы, не попадающей на бесцветную фигуру, графики, представленные на фиг. 5-7, одновременно дают представление об изменении яркости и чистоты цвета в плоскости изображения при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигурам, ширина которых изменяется в приведенном примере по линейному закону в указанных интервалах.

I г

Из графика, представленного на фиг.5, следует, что изменение на 8% площади, не перекрытой фигурой,значительно превосходящее пороговые различия яркости и ступени насыщенности цвета в плоскости изображения, обепечивается при смещении изображения осветительной диафрагмы на 21 - 23° (при смещении по фигуре с максимальной шириной, равной 0.6 ширины кольца) и на 19 - 20° (при смещении по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца). Таким образом, точность определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по внутреннему кольцу визуализирующей диафрагмы составляет не менее 230

5

Из графика, представленного на фиг,6, следует, что при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной 0,6 ширины кольца, направление отклонения света в прозрачной неоднородности определяется с точностью 20 - 22°. При смещении изоб- 0 ражения осветительной диафрагмы по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца, направление отклонения света определяется с точностью 18 - 19°.

Таким образом, точность определения направления отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по среднему кольцу визу5

ализирующей диафрагмы составляет не менее 22 .

Из графика, представленного на фиг.7, .следует, что при смещении изображения осветительной диафрагмы по фигурам, размещенным на внешнем кольце визуализирующей диафрагмы, направление отклонения, света в прозрачной неоднородности определяется с точностью 21 - 22° при смещении по фигуре с максимальной шириной, равною 0,6 ширины кольца, и с точ- ностью 18-19° при смещении по фигуре с максимальной шириной, равной 0,8 ширины кольца.

Поскольку минимальная точность, с которой определяется направление отклонения света в прозрачной неоднородности при смещении изображения осветительной диафрагмы по ее кольцам, составляет 23°, эта точность принимается за точность, обеспечиваемую всей визуализирующей диафрагмой.

Таким образом, визуализирующая диафрагма позволяет определить направление отклонения света в прозрачной неоднородности с точностью не

менее 23°.

Формула изобретения

Визуализирующая диафрагма теневого прибора, содержащая примыкающие

о-

0,0i Q.QH.

е

,

чя

10

15

20

25

- 30

друг к другу кольца, выполненные из светофильтров трех основных цветов, и центральную фигуру, цвет которой совпадает с цветом внешнего кольца, а диаметр равен ширине внутренних колец, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности определения направления отклонения света в прозрачной Неоднородности, в средней части каждого кольца по одну сторону- от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, размещена непрозрачная фигура, по другую сторону от нее - бесцветная фигура, причем непрозрачные и бесцветные фигуры, размещенные на соседних кольцах, чередуются, а их ширина монотонно изменяется по одну сторону от вертикальной линии, проходящей через центр визуализирующей диафрагмы, в интервалах от 0,02 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для внешнего кольца и от 0 - 0,04 до 0,6 ширины кольца для среднего и внутреннего колец, а по другую сторону от нее в интервале от 0,1 - 0,12 до 0,8 ширины кольца для всех трех колец визуализирующей диафрагмы, при этом ширина внешнего кольца равна ширине .внутренних колец.

Ill

о,об дав ал ширина кольца.

о,и

Фиг.г

о о,ог о,о4 о.об о,о8 од одг.

фиг.З

во

0,01

0,014 0,0б 0,08 04 0,1.

ширина, кольца ФигЛ

ширина кольцо.

%т

0№ 80 НО

градусы

Фиг, 5

8060Ъ

№

20W ВО IZQ {60

градусы фиг.о

%

8060W J

2040 80 HQ

градусы Фиг. 7

Составитель Ю. Гринева Редактор Е. Копча Техред М.Ходанич Корректор О. Кравцова.

Заказ 714

Тираж 509

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

i60

Подписное