Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред Советский патент 1976 года по МПК G01N21/46 G02B27/38 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ

1 ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД

2 зы, создающей сходящийся пучок, фотоприем- ника, а также две пары диафрагма-фокусиру щая линза, установленные после коллиматор ных объективов перед объемом с исследуемой средой так, чтобы вершины конусов луч ков сходились в исследуемой точке. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит лазерные источники света 1,2; конденсоры (отрицательные линзы) 3,4; коллиматорные объективы 5,6; мно поэлементные наборы диафрагм 7-10, выполненные либо идентичными либо подобными попарно 7-9, 8-1О, например, в виде пласти с многочисленными малыми (0,5 - 1 мм) отверстиями, расположенными по концентрическим окружностям; формирующие сходящийся (конический) пучок света линзы 11, 12, 13, 14; наблюдательные объективы 15, 16; ножи Фуко 17,18; полупрозрачные плас тины 19,20, формирующие параллельный пучок линзы 21,22; фотоприемники 23-26; блок обработки сигналов 27. Выходы фотоприемников соединены со входами блока обработки сигналов 27. Работает устройство следующим образом. Излучение ог источников света 1,2 через конденсоры 3,4, коллиматорные объективы 5,6 диафрагмы 7,8, формирующие конические пучки света линзы 11,12 направляется в исследуемую среду 28. Расположиние линз 11,12 относительно объема с исследуемой средой выбирают таким, чтобы вершины двух сформированных конических пучков сходилисъ Б исследуемой точке О. По выходе из исслед,-емой среды пучки света попадают на разделительные пластины 19,2О. При этом часть каждого пучка света проходит разделительную пластину, а часть отражается от нее. Части пучков, про оледшие разделительные пластины, принимаются наблюдательными объективами 15,16 и после фокусировки на ножах Фуко 17, 18 направляются на фотоприемники 23,24. Отра женные части пучков поступают на формирующие параллельные пучки света линзы 21 22. Cфop rapoвaнныe параллельные пучки принимаются диафрагмами 9,10, после чего линзами 13,14 формируются в сходящиеся пучки, которые направляются на фотоприем- НИКИ 25,26, С фотоприемников 23-26 элект рические сигналы поступают на блок обработ ки сигналов 27, представляющий собой коррелятор и приборы автоматической записи обработанных сигналов. При корреляционной обработке выделяются сигналы от пар приемников, совпадающие по фазе. Эти сигналы соответствуют возмущениям коэффициента, захватывающим точ- ку О. При этом максимальное пространствен;ное разрешение соответствует минимальному объему возмущения, которое дает полное воздействие на пучок света. Этот объем примерно составляет г , где р - радиус щчка света в точке О. Для лазерного источника света этот радиус составляет доли миллиметра, т.е. пространственное разрещение предлагаемого устгюйства на 2-3 порядка выше, чем скрещенного ускопольного теплеровского прибора. Оптические ветви для прямых световых пучков содержащие ножи Фуко, в силу принятой геометрии и при настройке ножей Фуко на перекрытие половины изображения дают сигналы преимущественно от линейного поперечного смещения пучка лучей, причем сигналы на фотоприемниках зависят от формы изображения и увеличения системы V -jгде X - расстояние от точки О до фокуса объектива 15 (или 16) в мм, | - фокусное расстояние этого объектива в мм. Оптические ветви для отраженных световых пучков с приемными диафрагмами 9, 10, которые играют роль ножей, напротив, дают сигнал преимущественно от углового поперечного смещения пучка лучей, т.к. несовпадение изображений диафрагм 7 и 8 на диафрагмах 9 и1О определяется главным образом за счет угловых смещений пучков. (У д оС - е . где Д ct. - угловое смещение пучков в градусах; - расстояние от точки О до приемной диафрагмы в мм. Как видно из последнего выражения, чувствительность этих ветвей можно повысить, увеличивая расстояние 6 . Многоэлементные диафрагмы применены с целью использования принципа оптического усиления для повыщения чувствительности. Система обработки сигналов позволяет выделить два сигнала, один из которых связан с возмущениями, дающими линейные поперечные смещения лучей, а другой - с угловыми смещениями лучей. Предлагаемое устройство обладает высоким пространственным разрешением и позволяет разделить возмущения в прозрачной среде на два класса: первый - возмущения, которые могут быть интерпретированы эквивалентными линзами или призмами (угловые смещения пучка света), второй - возмущения, которые можно интерпретировать эквивалентными плоскопараплельными пластинами (линейные смещения пучка света). Такое устройство может быть успешно использовано в лабораторных условиях при исследовании прозрачных неоднородностей при нестационарных процессах и в особенности при мелко