Устройство для измерения характеристик оптической плотности жидкости Советский патент 1979 года по МПК G01N21/46 

.-: -:-,.-.:,. J ,. : ,. - ..

Изоёретение относится к технической физике и может быть использовано при гидрофизических исспедованиях в море с помо.тцьютеневых устройств,.

Известны устройства, содержащие источник коллимированного монохроматического света, сосуд с исследуемой жидкостью, диафрагму, фотопрнеммик и регистратор амплитудных.значений им.пульсов фототока l .

Такие устройства обеспечивают возможность определения второй производной оТ оптической плотности среды ( - ) в плоскости, ортогональной к оптической оси прибора. Однако направление дифференцирования в этой плоскости не определено, ,кроме того,для получения численных значений измеряе-. мой величины необходима дополнительная (трудоемкая и длительная) обработ ка поступающей с теневого прибора информации. Поэтому такие приборы не при менимы для количественных измерений

i по заданному Н1аправлению в реальном масштабе времени.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для исзмерения характеристик оптической плотности жийкости, содержащее источник коллимиров1анного моно.хроматического света, светоделитель с полупрозрачным зеркалом и системой отражателей для формирования опорного и рабоче0го пучков света, сосуд, с исследуемой жидкостью, рабочую призму полного внутреннего отражения с узлом сканирования и фотбприемник поверхностных световьпс волн с регистратором Временных ин5терв,алов 2..

Известное устройство не обеспечивает непбсрёйственнЬй возможности определения производных оптической плотности по направлению. Относительные изменения ве0личины Л при таких исслепованиях обычно малы и с трудом поддаются регистраШ

ции, а изменения градиента

на

У

граничных :участках слоев могут быть достаточно просто зарегистрированы теневыми- приборами, например, предлагаемым устрЬйством, При этом распределение величины - непосредственно характеризует слоистость среды, Воэмож ность непрерывного изменения направления дифференцирования: позволяет за фик сированный период, равный полупериоду вращения призмы Дове, определять расddпределение --; по всем направлениям Б йлоскости ху и характеристик мелкомасштабной турбулентности, а воз- мржность регистрации изменения v по фиксированному направлению в реальном масштабе времени - следить За дина микой внутренних волн в среде, за процессами обтекания (здесь особенно суще ствейна возможность произвольного выбора направления дифференцирования) и ;т; п.,;.-,;-:.-, .. .-..:.-. . ; Цепь изобретения - обеспечение возможности измерения второй производной распределения оптической плотности жидкости по заданному направлению в реаль- ном масштабе времени.: : Цель достигается тем, что в устройСтво введена призма Дове, снабженная механизмом .поворота, причем призма До:ве установлена между сосудом с исследуемой жидкостью и рабочей прИзмой пол ного внутреннего отражения, расположенньК последовательно по оптической оси, ;прй этомодно из зеркал, например полуйрозрачное зеркало, установлено.так, что .бы вйпблняпось одно из неравенств e AStcaotntax+js), (1) где6 - угол в плоскости сканирования между отражаюхцей п верхностью зеркала и направлением пучка света от - источника; «шлх - максимальная угловая величина расходимости световых пучков; / .-динамический диапазон изме рёний выраженнь1й в угловых величинах, а регистратор временных интервалов выполнен в виде измерителя разности длительностей соответственных импульсов фототока от рабочего и опорного пучков. Сушность изобретения поясняется чер Тежом, . ;, J . - . . . Устройство содержит Источник коллим рованного монохроматического света 1; узел светоделителя, состоящий из полупрозрачного зеркала 2 и системы отражателей 3; объем с исследуемой жидкостью 4; призму Дове. 5, снабженную механизмом, обеспечивающим .возможность пово- рота ее вокруг оптической оси устройства на заданный угол (на чертеже не показа.н), узел сканирования6, рабочую призму полного внутреннего отражения 7, диафрагму 8, фотоприемник 9 и регистратор временных интервалов 10. Устройство работает следующим обраЗОМ. , .-.:; : ;v. ---;. -.,. ИСТОЧНИК 1 непрерьшно генерирует МйнохроМатический коллймированный пучок света, который раз.целяется полупрозрачным зеркалом 2 на два njHKa. О.аин из них (рабочий) проходит сквозь объем с иссле.цуеМой жидкостью 4, а другой (опорный) минует этот объем при помощи отражателей 3, Узел .светоделителя (зеркала 2 и 3)отъюстирован таким об разом, чтобы фиксированный по направлению световой пучок, нашего въгкоде был всегда не параллелен рабочему пучку, прошедшему сквозь объем с исследуемой жидкостью, причем если, опорный пучок . отклонен вниз от оптической .оси устройства, любой, даже самый верхний (в плоскости чертежа) луч опорного пучка должен бьггь направлен под большим углом к оптической оси, чем любой, даже самый нижний луч рабочего пучка и во всем динамическомДиапазоне углов отклонения ( fl ) последнего. Или, при другом возмс жном варианте настройки, когда опорный пучок направлен выше оптической оси, даже самый нижний луч опорного пучка должен быть направлен под большим углом к оптической оси, чем любой, даже самый верхний луч рабочего пучка. Такое направление опорного пучка обеспечено установкой полупрозрачного зеркала 2 (иЛи, что безразлично, одного из отражателей 3) под углом ±.(2(Х„01ч ;з) падающему на него пучку. света при условии установки всах остальных зеркал узла светоделителя под уг лом строго 45 к пучку. Далее, пройдя 1 ризму Дове, оба пучка поступают на узел сканирования 6. В качестве узла сканйровайия используются два вращающихся в противоположных Направлениях клина. Узел обеспечивает строго равноМерное и синхронное сканирование пучков в плоскости чертежа. Часть поверхности клиньев зачернена так, что свет поглощается во вреМя обратного хода пучков. Сканирование обеспечивает перио цическое изменение угла падения света на гипотенуэную грань рабочей призмы рсолного внутреннего отражения. При этом ресь отражённый гЙпотенузной гранью свет поглощается диафрагмой 8, и свет при углах падения на гипотёнузн ю грань больши-х и меньшах критического на фото дриемник 9 не поступает. При , падении ; Света пой критическим углом (в.интервале ), кроме отраженного светла, возникает првёрхностнай световая волна,: распрдстраияюйайся вдЪл ь гипоте11узноЙ гра НИ и непрерывно возвращающаяся в приз.му под критическим УГЛОМ. Только обусловленное поверхностной световой волчой излучение попадает на фотоприемник. Таким образом из непр9рь1вного свет&вог rtOToka от источника 1 на вьгеоде призмы 7 в результате сканирования образуются временныеимпульсы света. Если расходимость светового пучка об означить чёрес; . j, Частоту сканирования через i, то длительность импульса свёта ;, - .--/ ,./ ; .V,/ : . - : w.-b . : .:...:, :.;;, Л - Jif, разность длительностей импульсов от fiaбочего и опорного пучков М- , : М - ipaff a 53tf откуда относительное изменение расходимости рабочего пучка в плоскости ска-; нирования . ... . ; . I A3. 2Jrf-&l,.С2) Аналогично, угол отклонения рабочего пучка от опорного о пределяется как , ;:v i,, (3 -интервал времени между возникновением импулЫсов - ;.; от соответствуюишх световых -пучков. Точность измерения угловых . величин ограничивается интервалом возникновения поверхностной световой волны. Чувствительность устройства в этом случае составит примерно одну угловую секунду. Световые импульсы поступают на )отоприемник 9 и преобразуются на его выходе в импульсы тока с теми же временными параметрами, которые обрабатываются затем на регистраторе временных интервалов 10. Регистратор состоит ИЗ частотомера, счётной схемы определения разности между поступающими с частЬтомера числовыми значениями длигельностей соответственных импульсов, цифропечатающего устройства и согласую1ПИ.Х схем. Временной интервал между соответственными импульсами от рабочего и одного йучков однозначно характеризует,согласно формулам (1) и (3) градиент оптической плотности -. Величина разности длительностей импульсов, соответствующих расходимосгям рабочего и опорного пучков света, аналогичным образом характеризует величину Дл где у - направление, в котором измеряется расходимость пучков, Оно за.дается поворотом призмы Дове, обеспечивающим синхронный разворот опор;нрго и рабочего пучков вокруг нх осей таким образом, чтобы продольные сечения пучков в заданном направлении совместились с плоскостью сканирования, Устройство обеспечивает повышениэ точности измерений благодаря чресзвычайнЬ малому угловому интервалу возникновения поверхностных световых волн, компенсационному принципу измерений и временному методу определения измеряемых величин. Устройство просто и надежно в .эксплуатации. 4 о рмул а изобретения .Устройство для измерения характеристик оптической плотности жидкости, содержащее источник колпимированного монохроматического , светоделитель с полупрозрачным зеркалом k системой . отражателей для формирования опорного д рабочего пучков света, сосуд с исслеруёмой жидкостью, рабочую призму полного &нутреннё1Г6 Отражения с узлом скаНйрования и фотоприеМчйк поверхностных световьгх волн 6 регистратором временHbix интерйалов, О т.п. и чающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения второй производной оптической плотности по заданному направлению в реальном масштабе времени, и него введена призма Дове, снабженная механизмом поворота, причем призма . ЛЛГ iMk я V . Дове установлена между сЬсудом с иЬслвдуемой жидкостью и рабочей призмой полного виутреннёго от1эажения, распопоженньк послецоватёльно по оптической оси, при этом одно из зеркал, например полу ftp53pa4HOe зеркало, установлгенб , чтобы выполнялось одно из неравенств (2o(««,-Jv3), .где , в --угол в плоскости сканйрова- , ния между отражающей поверхностью зеркапа и направлением пучка.света от ис ТочНйКа:- .;. - -V- отвх .- максимальная угловая величина расходимости световых пуч ков;

-..iii.. j9 - динамический диапазон измерений, выраженный в угловых величинах, а регистратор временных интервалов выполнен в виде измерителя разности длительностей соответстйенньрс импульсов фототока от рабочего и опорного пучков. Источники информации, принятые во внимание При экспертизе 1.Васильев Л. А. Теневьге методы Наука, 1068, с. 74-80. . ; 2.AaitoptiKoe свидетельствопо заявке № 2318265/25, кл. С} 01 М 21 /46, 1976 (прототип).