Способ исследования распределения параметров рассеивающих частиц Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к определению оптическими методами распределения параметров рассеивающих частиц в исследуемом объеме и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в химической, электронной, оптико-механической, а также в гидродинамике, теплофизике и физике плазмы.

Причем под термином частицы понимаются как непрозрачные для света включения, содержащиеся в исследуемом объекте, так и прозрачные локальные области, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления излучаемого объекта.

Целью изобретения является повышение точности измерений параметров рассеивающих центров.

Сущность предложенного способа заключается в том, что исследуемый объект освещают пучком известной мощностей, который сканируют по траектории, параметры которой выбирают -исходя из особенностей решаемой задачи. Это может быть, например, плоскость, сфера, (часть сферы) или поверхность (часть поверхности) более сложной формы. ПоС5-U 1C

оэ

1C

3

ложение сканируемого светового пучка по отношению к объекту регистрируют в каждый фиксированный момент времени, одновременно регистрируют излучение, рассеянное частицами (рассеивающими центрами), содержащимися в элементе объекта, который освещается в данный фиксированный момент времени. Одновре- менно измеряют интенсивность света, прошедшего через соответствующую область объекта. Но зарегистрированному рассеянному излучению судят о распределении рассеивающих центров (частиц) в соответствующем элементе объекта. Измерение интенсивности света, прошедшего через этот элемент, позволяет определить рассеивающую способность каждой из частиц.

На чертеже представлена блок-схе- ма устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит лазер 1, измеритель 2 мощности лазерного излучения, сканер 3, осветительный 4 и при- емный 5 объективы, исследуемый объект 6, размещенный между объективами 4 и 5, фотоприемник 7, вычислительно- управляющии блок 8,связанный с измерителем 2 мощности, сканером 3 и фото- кинорегистрирующим устройством 9, причем сканер 3 согласован с объективом 4, а фотоприемнйк 7 - с объективом 5.

Устройство работает следующим об- разом.

Свет, генерируемый лазером 1, посл измерения его мощности измерителем 2 попадает на сканер 3, который представляет собой зеркало, управляемое по углу наклона с помощью электрического сигнала и расположенное в фокальной плоскости объектива 4, Таким образом, сканирование по. углу трансформируется в плоскопараллельное перемещение лазерного пучка в области исследуемого объекта 6. На чертеже пунктирными линиями обозначены крайние положения сканируемого пучка, а двойной линией - положение зондирую- щего лазерного пучка в фиксированный момент времени. Прошедший через объек 6 лазерный пучок попадает на фотоприемник 7, расположенный в фокальной плоскости объектива 5. Таким образом, лазерные пучки, проходящие в различчные моменты времени через разные области исследуемого объекта, попадают в одну и ту же область фотоприемника

7, что позволяет исключить влияние на результаты измерений разЬроса параметров фотоприемника по светочувствительной поверхности и дополнительно повысить точность измерений. Одновременно с регистрацией интенсивности прошедшего через объект света осуществляется (с помощью фотокинорегист- рирующего устройства 9) регистрации- картины освещаемого участка объекта в свете, рассеянном частицами. Фиксирование координаты сканирующего пучка в плоскости, перпендикулярной оптической оси объективов 4 и 5, осуществляется путем регистрации и запоминания в вычислительно-управляющем блоке 8 уровня напряжений, управляющих сканером 3. При этом идентификация информации, зарегистрированной устройством 9 и фотоприемником 7, осуществляется путем синхронизации их работы с помощью вычислительно-управляющего блока 8.

Повышение точности измерения распределения параметров рассеивающих центров (частиц) обеспечивается тем, что в каждый фиксированный момент времени освещается лишь узкая область изучаемого объема, причем положение этой области фиксируется, а интенсивность освещаемого потока известна. В этот фиксированный момент времени свет рассеивают лишь те частицы, которые находятся в освещаемой узкой области объекта.

Зарегистрированная в рассеянном свете картина объекта в фиксированный момент времени дает информацию о распределении рассеивающих центров в освещаемой области и соотношении рассеивающих способностей этих частиц. Одновременное измерение абсолютного значения суммарной рассеянной освещаемыми частицами интенсивности света позволяет (с учетом данных о распределении параметров частиц) измерить абсолютные значения параметров рассеивающих центров, исключив влияние на результаты этих измерении эффектов многократного рассеяния. Кроме того, снижаются требования к мощности источника света, упрощается процесс получения количественной информации о параметрах исследуемых частиц.

Часть пучка светаf генерируемого лазером ЛГ-52-3, направляется с помощью зеркала, имеющего коэффициент отражения 20%, на измеритель мощное;ти, состоящий из калибровочного фото- диода и микроамперметра. Прошедший через зеркало световой пучок, имеющий

мощность (где 1цзм измеренная интенсивность), направляется на магнитоэлектрический сканер, представляющий собой гальванометр типа М017, помещенный в поле постоянного магнита. В качестве объективов используют- ся телескопические объективы типа ТАИР-3, в качестве фотоприемника - фотодиод ФД-24К, а в качестве фото- кинорегистрирующего устройства - регистрирующая фотокамера типа РФК-5.

Вычислительно-управляющий блок представляет собой измерительно-вычислительный комплекс на базе мик- роЭВМ Электроника-60 и аппаратуры КАМАК, в состав которой входит анало- го-цифровой преобразователь (АЦП) для приема информации с ФД-24К и два циф- роаналоговых преобразователя (ЦАП) для управления сканером и РФК-5. Для кинор егистрации картины объекта в рассеянном свете используется кинопленка КН-3 (режим ее химической обработки - стандартный).

При подаче управляющего постоянного напряжения от ЭВМ через первый ЦАП на сканер положение лазерного пучка фиксируется в пространстве. Он освещает фрагмент измерительного объема. Синхронно с освещением происходит ввод в ЭВМ сигнала с ФД-24К че- рез АЦП и вырабатывается сигнал, поступающий через второй ЦАП на реле, управляющее работой РФК-5.

Пусть в конкретный момент времени получено, что в освещенном фрагменте элемента объекта имеется пять рассеивающих частиц (определено по фотографии этого фрагмента, полученной с помощью РФК-5) и имеется ослабление интенсивности света, прошедшего через фрагмент объекта, на величину Д1

I0- L I, где Ig - известная интенсивность зондирующего пучка; I( - зарегистрированная с помощью ФД-24К интенсивность прошедшего света. При фо- тометрировании пленки с изображением освещаемого фрагмента в рассеянном свете получены относительные величины рассеивающих способностей освещенных частиц, которые соотносятся как 1:2: :3:5:8. Тогда абсолютные значения рассеивающих способностей зарегистрированных частиц равны: Д1/19; 2Д1/19; 341/19; 5&I/19; 8Д1/19. Причем на результаты этих измерений не оказывает влияния свет, рассеянный частицами, находящимися в областях объекта, прилегающих к освещаемому фрагменту. Данные о параметрах рассеивающих частиц во всем объекте получают путем суммирования результатов измерений по каждому фрагменту в отдельности.

Оормула изобретения

Способ исследования распределения параметров рассеивающих частиц в объек те, включающий освещенное объекта и регистрацию рассеянного им излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, объект освещают сканируемым пучком известной мощности, фиксируют координату освещаемой точки объекта в плоскости, обращенной к источнику излучения, регистрируют рассеянное излучени от соответствующего Данной точке элемента объема, одновременно измеряют мощность прошедшего сквозь него излучения и по зарегистрированному рассеянному излучению судят о распределении рассеивающих центров в элементе объема, а по мощности прошедшего излучения - о рассеивающей способности каждого из центров.

Изобретение относится к технике определения оптическими методами распределения параметров рассеивающих частиц в объекте и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для этого исследуемый объект освещают сканирующим пучком известной мощностиt фиксируют координату освещаемой точки- объекта в плоскости, обращенной к источнику света, и регистрируют рассеянное измерение от соответствующего данной точке элемента объема объекта с одновременным измерением мощности прошедшего сквозь объект излучения По зарегистрированному рассеянному излучению судят о распределении рассеиваю- щих центров в элементе объема, а по мощности прошедшего излучения - о рассеивающей способности каждого из центров. 1 ил. 2 уг (f, С

Редактор А. Маковская

Составитель Н. Грищенко

Техред Л.Олийнык Корректор М. Максимишинец

Заказ

Тираж 390

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное