УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Советский патент 1936 года по МПК G01N22/02 

Предлагаемое устройство для определения неоднородности материалов по своей конструкции относится к известным подобного рода устройствам, состоящим из установленного между источником излучения и исследуемым телом приспособления для развертки изображения по точкам и установленного за телом передатчика изображений, связанного с приемником, дающим изображение исследуемого тела на экране.

Предлагаемое устройство предназначено для просвечивания непрозрачных для света тел, имеющих те или иные включения (ядра) из неоднородного материала, с целью получения на экране прозрачного изображения просвечиваемого тела, причем неоднородные включения (например, органы человеческого тела) проектируются на экране в виде цветных изображений, налагаемых друг на друга во времени в плоскости экрана.

Устройство основано на присущих электромагнитным волнам свойствах, подчиняясь законам геометрической оптики, при прохождении через среду с определенной диэлектрической постоянной частично отражаться, частично поглощаться в среде и частично преломляться данной средой. Для монохроматической электромагнитной волны, переходящей из пустоты в материальную среду, существует следующая зависимость между показателем преломления и отражательной способностью, в соответствии с диэлектрическими и магнитными свойствами среды, через которую проходит электромагнитный луч:

где υ_j - скорость распространения электромагнитной волны в материальной среде;

с - скорость распространения электромагнитной волны в пустоте;

λ₀ - длина волны в пустоте;

λ₁ - длина волн в исследуемой среде;

n - показатель преломления;

ν - частота колебаний, постоянная для данного излучения;

i - угол падения луча;

r - угол преломления луча;

ε - диэлектрическая постоянная;

µ - магнитная проницаемость среды;

R - отражательная способность поверхности среды.

С некоторыми поправками вышеприведенная зависимость имеет место и при переходе электромагнитного луча из одной материальной среды в другую.

Исходя из приведенных соотношений и просвечивая наблюдаемый объект узким электромагнитным лучом по элементам поверхности (пользуясь методами, принятыми в телевидении) и синтезируя затем изображение объекта на экране таким образом, чтобы проектировать на экране в промежуток времени не более сек. ряд кадров, каждый из которых снят последовательно электромагнитным лучом разной длины волны, мы получим на экране за сек. ряд изображений объекта. Каждое изображение, в соответствии с длиной примененной волны, будет по интенсивности освещения отдельных своих элементов отличаться от предыдущих и последующих изображений, так как, хотя рисунок каждого кадра является результатом суммарной прозрачности всех встреченных данным лучом включений (ядер или органов), но этот суммарный контурный рисунок будет для каждой длины волны просвечивающего луча отличаться от других аналогичных рисунков того же объекта. Другими словами, освещенность каждого элемента каждого снятого кадра является функцией длины волны примененного луча, функцией диэлектрической постоянной проходимых лучом участков среды и функцией формы и расположения встреченных лучом отражающих поверхностей.

Человеческий глаз, удерживая в течение сек. каждый из этих различных по рисунку, последовательно сменяемых кадров, в результате получит от экрана впечатление как бы прозрачного изображения наблюдаемого объекта.

Для эффективности воздействия на глаз (с целью лучшего различения порознь отдельных кадров), каждый из кадров изображения, снятый лучом определенной длины волны, окрашивается при помощи специального устройства в определенный цвет.

Устройство может быть применено в медицине, в промышленности и для научных целей.

Преимущество устройства сравнительно с рентгеновскими аппаратами заключается в том, что оно дает возможность, с одной стороны, производить наблюдение движения и работы внутренних органов просвечиваемого тела, и, с другой стороны, выделяет пространственную конфигурацию внутренних органов и проектирует на экран не суммарный теневой контур объекта, а окрашенные в различные цвета отдельные изображения всех помещенных друг за другом внутренних поверхностей органов просвечиваемого тела, благодаря чему глаз видит на экране как бы прозрачное изображение объекта. Кроме того, просвечивание электромагнитными лучами соответствующей частоты является более безопасным для исследуемого объекта, чем просвечивание рентгеновскими лучами.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из генератора электромагнитных колебаний 6₁ или источника излучений электромагнитных волн ультра-герцевой частоты (Аркадьевой-Глаголевой), антенна или вибратор которого помещены в фокусе отражательного устройства 2, осуществленного в форме параболического зеркала, линз или иного излучателя направленного действия. Перед зеркальным или линзовым отражателем помещен экранированный и заземленный диск, Нипкова 3 или иное устройство, принятое в телевидении для разложения изображения передаваемого объекта по элементам. Перед отражателем за диском 3 помещается наблюдаемый объект 1, сзади и по бокам которого расположены воспринимающие параболические зеркала или иные приемные рефлекторы или линзы 4 и 5.

При работе генератора 6 и при вращении диска 3 узкий электромагнитный луч направляется отражателем 2 на наблюдаемый объект и при встрече с включенными в него ядрами, т.е. при переходе из одной среды в другую частично отражается, частично преломляется и частично поглощается средой.

Отраженные и преломленные электромагнитные излучения собираются рефлекторами 4 и 5 или линзами, работающими одновременно или порознь и при помощи антенн или термопар, помещенных в фокусе рефлекторов, подводятся к приемнику 7, откуда поступают в усилитель 10. Усиленные токи подводятся к обкладкам конденсатора Керра 11, который служит для изменения интенсивности светового пучка от источника света 12, проходящего через конденсор, скрещенные николи, конденсатор и линзу и падающего на плоскости зеркального колеса Вейлера 13, вращающегося синхронно с диском 3. Приемник 7 настроен на длину волны, излучаемую генератором 6. Таким образом, при введении в действие генератора, приемника, диска 3 и зеркального колеса 13 на экране 14 получается при каждом обороте диска и зеркального колеса изображение объекта 1, просвеченного электромагнитным лучом. После каждого полного оборота диска и колеса, т.е. после снятия каждого кадра, одновременно и автоматически изменяется настройка генератора 6 и приемника 7 таким образом, что каждый последующий кадр снимается, передается и принимается электромагнитной волной другой длины, отличной от предыдущей и последующей. Одновременное изменение настройки колебательных контуров генератора и приемника производится при помощи кулачкового приспособления, связанного с переменным конденсатором 8 контура генератора и переменным конденсатором 9 контура приемника. Периодическое изменение длины волны генератора и одновременная настройка на ту же волну приемника может производиться также и путем изменения величины самоиндукции генератора и приемника. В результате периодических изменений настройки генератора и приемника на определенную длину волны следуемых после каждого снятого кадра, каждый из кадров изображения передается на отдельной волне, благодаря чему рисунок каждого кадра отличается от рисунка другого кадра в соответствии с взаимодействием изменяющихся параметров (длина волны, ее преломление и поглощение в пересекаемых лучом средах, ее отражение от поверхностей ограничивающих каждую среду вкрапленных в объект ядер или органов). При достаточной скорости вращения развертывающего диска 3 и синтезирующего зеркала 13 и при достаточном числе изменений настройки генератора и приемника человеческий глаз удержит каждый из кадров на экране 14 до того момента, пока съемка и передача кадров начнется снова на исходной первоначально установленной волне. В результате глаз воспримет проектируемое на экран изображение объекта 1 прозрачным, причем все движения органов внутри объекта также будут воспроизводиться на экране.

С целью дать глазу возможность более отчетливо различать отдельные кадры изображения, переданные на волнах различной длины, каждый из таких кадров окрашивается в определенный цвет, для чего служит закрывающий источник света 12 цветной абажур 15, который поворачивается одновременно с изменением настройки генератора и приемника с помощью специального кулачкового приспособления.

Практически цветной вращающийся абажур должен помещаться между линзой и зеркальным колесом Вейлера во избежание световых потерь в конденсаторе Керра.

1. Устройство для определения неоднородности материалов при помощи электромагнитных волн, состоящее из установленного между источником электромагнитных волн и исследуемым телом приспособления для развертки изображения по точкам и установленного за телом передатчика изображений, связанного с приемником, дающим изображения исследуемого тела на экране, отличающееся тем, что, с целью получения на экране каждого кадра изображения, отличного от других, путем изменения настройки генератора и приемника, применено приспособление для автоматического периодического и соответствующего друг другу изменения параметров генераторного и приемного контуров, изменяющее их настройку.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что изменяющее параметры контуров приспособление выполнено в виде кулачного приспособления, связанного с переменными конденсаторами или самоиндукциями контуров.

3. При устройстве по пп. 1 и 2 применение светофильтров с целью получения на экране цветных изображений.