Устройство для измерения градиента показателя преломления Советский патент 1992 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к области оптических методов исследования объектов, содержащих прозрачные неоднородности показателя преломления, и может быть использовано для технологического контроля в различных отраслях народного хозяйства, например, в химической, оптико-механической, пищевой промышленности, а также в гидроаэродинамике, теплофизике. физике плазмы.

Известны лазерные рефрактометры, позволяющие получать оперативную количественную информацию о градиенте

показателя преломления. Однако измерение полевых параметров градиента показателя преломления с помощью таких систем затруднительно.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее источник излучения (например, точечный или щелевой), осветительный объектив, связанный с источником излучения, приемный объектив, связанный с пространственным фильтром (форма фильтра согласована с формой источника излучения), лазер, оптически связанный с дефлектором, и координатноVI

S

о

со со

чувствительный фотоприемннк (КЧФ). Такая измерительная система позволяет получать информацию об исследуемом объекте одновременно в виде визуально наблюдаемой и регистрируемой теневой картины и в форме электрического сигнала лазерного рефрактометра. К недостаткам этого устройства относятся сложность и громоздкость конструкции, а также недостаточно высокая точность измерений. Это связано с тем, что при измерении полевых характеристик в ветви лазерного рефрактометра необходимо использовать объективы (передающий и приемный), которые по своим габаритным и оптическим параметрам аналогичны главным объективам теневого прибора, которые, как известно, имеют большие размеры и высокую стоимость. Кроме того, для согласования оптических ветвей теневого прибора и лазерного ре- Фрэктометра требуются плоскопараллепь- ные полупрозрачные пластины больших размеров (в 2 раза больше, чем поле зрения теневого прибора) и высокого оптического качества. Использование этих пластин ведет к снижению точности измерений градиента показателя преломления в объеме, так как на результаты этих измерений оказывают влияние неоднородности самих пластин. Кроме того, крупногабаритные высококачественные оптические пластины имеют значительную толщину и их использование зедет к двоению теневого изображения обь- ,тг и к снижению точности измерения.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для изморепия гради- мтл показателя преломления, содержащем и-лсчмик излучения и расположенные по хо- Ау излучения осветительный объектив, в фокальной плоскости которого расположен источник излучения, приемный объектив, пространственный фильтр и бпок регистрации тенесой картины, а также лазер с дефлектором, оптически сопряженный с КЧФ, идее полупрозрачные плоскопараллельные пластины, одна из пластин расположена мзжду источником излучения и осветительном объективом, вторая - походу излучения пластина - за приемным объектисом. при этом дефлектор расположен в фокальной плоскости осветительного объектива, и через полупрозрачные пластины сопряжен с КЧФ, установленным в фокальной плоскости приемного объектива.

На фиг. 1 представленоустройство. первый вариант; на фиг. 2 - то же, второй вариант.

Первое устройство садеожит источник 1 излучения, осветительный объектив 2, исследуемый объект 3, приемный объектив 4, пропорциональный фильтр 5, блок 6 рёгистрации теневой картины, лазер 7, дефлектор 8, полупрозрачные пластины 9 и 10, КЧФ 11. Устройство работает следующим образом.

С помощью источника 1 излучения, расположенного в фокальной плоскости осветительного объектива 2, формируется широкий параллельный световой пучок, который зондирует исследуемый объект 3. Неоднородности показателя преломления в

исследуемом объекте вызывают отклонения лучей широкого зондирующего пучка в местах локализации этих неоднородностей. После взаимодействия с объектом широкий световой пучок преобразуется приемным

объективом 4 и осуществляется егб пространственная фильтрация с помощью про- странственного фильтра 5, который располагается в фокальной плоскости приемного объектива 4. При этом, так как характеристики пространственного фильтра согласованы с характеристиками источника излучения (например, щелевой источник излучения - нож Фуко), то через пространственный фильтр проходят лишь те световые

лучи, которые были отклонены неоднород- ностями объекта от направления невозмущенного распространения. Прошедшие через пространственный фильтр 5 лучи попадают в блок 6 регистрации теневой картины объекта, в котором происходит формирование и регистрация теневой картины объекта.

Одновременно с широким световым пучком объект зондируется узким лазерным

пучком, который генерируется лазером 7, и после отклонения дефлектором 8 направляется о исследуемый объекте помощью полупрозрачной пластины 9. Полупрозрачная пластина 9 располагается таким образом,

чтобы дефлектор 8 находился в фокальной плоскости осветительного объектива .. В этом случае отклонения с помощью дефлектора 8 лазерного пучка по углу трансформируются осветительным объективом в

плоскопэраллельное его перемещение с области исследуемого объекта 3, что позволяет путем соответствующего управления дефлектором вывести зондирующий лазерный лучок в любую область исследуемого

объекта, представляющую интерес для исследования по результатам качественного анализа теневой картины. При этом лазерный зондирующий пучок в любом рабочем положении параллелен лучам широкого соетового пучка от источника 1 излучения. Прошед.игй через сБьект 3 лазерный лучок с помощью полупрозрачной пластины 10 на- пр зляется иг КЧФ 11. При этом пластина 10 располагается образом, чтобы светочувствительная поверхность КЧФ 11 находилась в фокальное плоскости приемного объектива 4, При этом лазерный пучок будет отклоняться на поверхность КЧФ лишь тогда, когда зондирующий пучок проходит через оптически неоднородные области объекта. Сигнал на выходе КЧФ пропорционален этим отклонениям и связан с измеряемой величиной градиента показателя преломления через электрические параметры КЧФ и оптические параметры приемной оптической системы. Часть лазерного пучка, прошедшая через пластину 10, создает метку на теневой картине, маркирующую ту область объекта, в котооой в данный момент времени производится измерение с помощью лазерного рефрактометра.

Одновременная регистрация информации об объекте с помощью лазерного рефрактометра и теневой картины с маркером области измерения лазерного рефрактометра позволяет существенно упростить процесс дальнейшей обработки теневой картины с целью получения по ней количественной информации путем фотометриро- вания, так как а этом случае не требуется использования эталонного фазового объекта, а привязка степени почернения на теневой картине к величине угла рефракции производится по результатам измерения лазерным рефрактометром.

Второе устройство содержит источник 1 излучения, осветительную оптическую систему 12, первую согласующую оптическую систему, включающую в себя объектив 13 и полупрозрачную плэ .тину 9, лазер 7, дефлектор 8, осветительный объектив 2, объект 3 исследования, приемный объектив 4, прос.тронстсенкый фильтр 5, вторую согласующую оптическую систему, включающую в себя полупрозрачную пластину 10 и объектив 14, блок G регистрации теневой картины, КЧФ 15.

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

В фокальной плоскости А осветительно-. го объектива 2 с помощью осветительной оптической системы 12 формируется изображение источника 1 излучения. Таким образом, объект 3 оссещается широким параллельным пучком спета. Взаимодейст- ьие этого пучка с объектом и формирование теневой картины осуществляется аналогично тому, как это происходит при работе первого устройства. Дефлектор 8 располагается таким образом, чтобы в плоскости А

находилось его изображение, формируемое с помощью объектива 13 и полупрозрачной пластины 9. Тогда при подаче на дефлектор управляющего сигнала (блок управления дефлектором не показан) в плоскости А происходит лишь угловое смещение лазерного пучка и не происходит изменения его пространственного положения в этой плоскости. Таким образом, пучок лазерного

0 рефрактометра может быть установлен в требуемую точку объекта аналогично тому. , как в первом устройстве.

Полупрозрачная пластина 10 и объектив 14 располагаются таким образом, что свето5 чувствительная поверхность КЧФ 11 является оптически сопряженной с плоскостью расположения пространственного фильтра 5. Если в объекте 3 отсутствуют оптические неоднородности, то лазерный пучск лазер0 ного рефрактометра, проходя через различные области объекта, попадает в одну и ту же точку плоскости, где располагается пространственный фильтр, а далее, отражаясь от пластины 10 и проходя через объектив 14.

5 этот пучок попадает в одну и ту же точку светочувствительной поверхности КЧФ. Если в области объекта, через которую проходит лазерный пучок, имеется оптическая неоднородность, то лазерный пучок испы0 тывает в плоскости фильтра 5 пространственное и угловое смещение по отношению к направлению невозмущенного распространения, а после отражения от пластины 10 и прохождения через объектив 14 отклоня5 ется от первоначального положения на поверхности КЧФ 11. Это отклонение, несущее информацию об объекте, преобразуется с помощью КЧФ 11 в электрический сигнал и регистрируется.

0

Формула изобретения Устройство для измерения градиента показателя преломления, содержащее источник излучения и расположенные по ходу

5 излучения осветительный объектив, в фр- кальной плоскости которого расположен источник излучения, приемный объектив, пространственный фильтр и блок регистрации теневой картины, а также лазер с де0 флектором, оптически сопряженный с координатно-чувстеительным фотоприемником, и две полупрозрачные плоскопараллельные пластины, отличающееся тем. что. с целью упрощения конструкции и по5 вышения точности, одна из пластин расположена между источником излучения и осветительным объективом, другая по ходу излучения пластина - за приемным объективом, при этом дефлектор расположен в фокальной плоскости осветительного

и через полупрозрачные пласти- кым фотоприемником, установленным в фоны сопряжен с координатно-чувствитель- кальной плоскости приемного объектива.

Изобретение относится к области оптических методов исследования физических свойств объектов, влияющих на параметры зондирующей световой волны, и может быть использовано в химической. Электронной, оптико-механической, .пищевой промышленности, а также при проведении научных исследований в области гидроаэродинамики, физики плазмы. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности. В устройстве для измерения градиента показателя преломления, содержащем источник света, размещенный в фокальной плоскости осветительного объектива, размещенный за этим объективом приемный объектив, помещенный за ним пространственный фильтр с блоком регистрации теневой картины, лазер с дефлектором. оптически сопряженный с координатно-чув- ствительным фотоприемником, и средства сопряжения в виде двух полупрозрачных плоскопараллельных пластин, одна пластина размещена перед осветительным объективом, а вторая -за приемным объективом, при этом дефлектор установлен так, что выходящий из него луч находится в фокусе главного осветительного объектива, а коор- динатно-чувствительный Фотоприемник помещен в фокальной плоскости главного приемного объектива. 2 ил. ел

ИГЛ