Оптический коррелометр Советский патент 1979 года по МПК G06G9/00 

(54) ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛОМЕТР

1

Изобретение относится к оптическим приборам, спужашим для статистнческо го анализа исследуемых материалов по фотографическим изображениям их структур.

Известны оптические анализаторы с различными видами ввода исследуемой функции. Указанные анализаторы используются для выполнения спектрального и корреляционного анализа, что обусловлено тем, что ряд математических операций над входными величинами может быть выполнен с помощью простейших оптических схем и механических устройств. В частности, известен корреляционный анализатор с фотооптическим вводом информации, т.е. использующий фотозапись сигналов - двумерный коррелометр. Этот анализатор содержит источник света, коллиматор, два транспаранта интегрирующую собирающую линзу и фотоприемник l.

Однако в этом анализаторе функционально невозможно решить поставленную

задачу без существенного усложнения при доработке.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является двумерный коррелометр , содержащий точечный источник света н расположенные на одной оптической оси коллиматор, первый и второй транспаранты, собирающую линзу, фотоприемник, выход которого соединен с блоком регистрации. Измерение функции корреляции двух записанных сигналов заключается в измерении тока фотоумножителя при относительных задержках сигналов. Задержка одного сигнала по отношению к другому осуществляется с помощью механического смещения записей. Для поиска коррелируемых участков записи используется независимое смещение обоих записей в неограниченных пределах с возможностью одновременного наблюдения н регистрации корреляционной функции в процессе поиска. Кинематическая схема коррелометра осуществляет равномерное возвратно Поступательное (колебательное) движение двух кареток с анапизируемыми ппенкамн навстречу друг другу. Изменение дпнны хода позволяет менять масштаб корреляционной кривой на оси эадержек, также осуществляется перемещение пленок относительно кареток при колебательном движении последних для поиска коррелируемых участков записи. При этом обеспечивается подача напряжения на развертку электронного осциллографа для синхронизации движения луча на его экраве с движением кареток 2 Однако этот аоррепомет имеет сложную и нететсяологичную механическую часть хст&Нрвки, состоящую Из большого количества узлов, диапазон исследований Ьолее обших структур объектов огршичен. Решения некоторых задач теплопроводности, упругости, вязкости многофазных твердых материалов могут быть представлены в виде разложений по кшоготочечных моментам, но требуют их эвспериментапьного определения, что можно осуществить, например, с помошь оптико-структурного анализа. Задание многоточечных моментов можно понять как обозримое представление многообразия случайных структур, при этом значения многоточечшых моментов является наиболее полным и объективным критерием расарзнавания структуры ма териалов. Параллельный луч света проходит через три фото пластины, которые имеют идентичные Изображения структуры материалов. Световой поток, регистрируемьгй фотометром, пропорционален плошади прозрачной области на пластиках. При по лном совмешении изображений структуры на всех пластшах неоднородное по площади погяошедие происходит только на первой пластине, В этом случае площадь профачной области, ртне- сенная к плошади сечёввя луча света совпадает с отношением световых нотркоЁ для чернопрозрачных пластин и през рачных, причем отношение равно концент рации прозрачных областей. Если первая пластина закреплена, а вторая и треть пластины смещаются в ортогональ1вых на правлениях, то предполагая эргодичност структуры, математиЧескРе ожидание можно вычислить осреднением по плоп1ади сечения луча света. Отношение свето :вьк потоков регистрируемое фотометром при различных комбинациях сдвигов плас тин, измеряет функцию четырех переменных. Дпя пространственной изотропной структуры момент определяется взаимным расположением трек точек, поэтому исследование одного плоско гошлифа на трех фотопластинах достаточно для измерения момента как функции трех переменных, характеризующих взаимное рас1юложение трех точек в любой плоскости пространства. При измерении четырех:то4ечньгх моментов необходимо использовать Четыре фотопластины, не только с идентичным изображением, но и фотографии срезов по Глубине на различных расстояниях, которые малы по сравнению с характерными размерами неоднородной структуры. Для измерения моментов hf порядка не требуется новых срезов. В зависимости от координат точек, 13 которых производится измерение для просвечивания, составляется пакет из ц -пластин. При исследовании смешанных моментов N -фазной среды просвечиваются фотографии одного шлифа с различными поглощающими областями, которые можно получить, используя специальные способы травления, позволяющие из совокупности N -фаз выделять для. фотографирования отдельные фазы. Аналогия между световым потрком и осреднением по площади, меж.ду поглсяцевием света при сдвиге фотопластин и произведением функций поглощения в различных точках позволяет эксперимевтальво исследовать более общие структуры, чем указано выше. Ыель изобретения - упрощение оптического жрррелометра. Это достига0.тся тем, что в коррелометр введены третий транспарант, установленный между вторым транспарантом и собирающей ЛИНЗОЙ, два электромеханических привода линейных взаимноортоговальных перемещший, два электроме ханических привода вращательных перемешений .И трирамки для установки соответствукших транспарантов. При этом первая и третья рамки механически связаны с соответствующими электромеханическими приводами линейного и вращательногч перемещений. На чертеже изображен схематически о&ций вид предложенного оптического коррелометра при количестве пластин, фотризображений, равном трем. Оптический коррелометр содержит точечный источник 1 - лапму накаливания К8-20, конденсатор 2, создающий параллельный пучок света, пакет из трех металлических разъемных рамок 3-5, при этом в крайние рамки 3 и 4 вставляются специальные кольца 6 с на резанными зубьями по наружной цилиндрической поверхности, в которых установлены фотопластины 7 с изображениям геометрических структур исследуемых материалов, их крепление в дншяе колец 6 осуществляется при помощи четырех прижимов 8, Средняя фотоппастина прикрепляется к металлической рамке 4 специальной замазкой по контуру пластины. Расстояние между пластинами 0,8-1,5 мм.. Перемещение рамки 3 в вертикальной плоскости осуществляется через связанный с рамкой ползун 9при помощи винта с мелкой метрической резьбой Ю, редуктора 11, реверсивного электродвигателя 12 или вручную цри помощи микровинта 13. Привод рам ки 3 закрепляется в трех стойках 14, содержащих подщипниковые узлы. Перемещение рамки 5 с зубчатым кольцом 6 содержащим фото пластины с изображением структуры материалов 7, осуществляется через редуктор 15 винт 16 и гайку 17 от электродвигателя 19 или вручную при помощимйкровинта 18.i Привод рамки 5 закрепляется в трех стойках 20, содержащвк подшипниковые узлы. Врашевие зубчатых кппец 6 осуществляется при помощи щестерни 21, редуктора 22 от реверсивного электродвигателя 23 или вручную при помощи ручки 24. Аналогичный привод 2-го зуб чатого кольца рамки 3 на схеме условно не показан. Зпектродвигатепи 12 и |19 с соответствукипими элементами об разуют линейные приводы, а двигатель |23 - вращательный. Перемещение рамо |3 и 4 относительно неподвижных планок 25, прикрепленных к средней пластине 4, осуществляется при помощи ропико- или шарикоподщипников 26, обеспечивающих необЬсодимую плавность перемещений. После пакета металлических рамок 3-5 с их приводами располо;жены линза 27, фотоэлемент 28 и блок : регистрации 29 (потенциометр ПДС-Х)2 ; Увеличение количества пластин в пакете достигается за счет дополнительных ; вставочных колец с фото пластинами, ус:танавливае1 1ьгх в зубчатые кольца 6 ;Пластин 3-5. Установка полуавтоматического типа-автоматически записывает двухточечную корреляционную функцию на самописце при смешении одной из трех пластин. Установка Оптический коррелометр рещает проблему эффективного исследования структуры материалов на основе расчета их физических параметров по данчым измерений трехточечных моментов. Предложенная установка может быть создана в обычных лабораторных условиях. Быстродействие и увеличение объема информации о структуре исследуемых материалов достигается использованием принципов геометрической оптики и механических перемещений, позволяющих анализировать структуру о двум координатам и выполнять быстро и экономично такие операции как дву- мерные свертки, осреднение по ансамблю, суммирование и вычитание площадей. Использование же электронных устройств, например, электронного микроскопа и аналоговых вычислительных устройств приводит к одномерному объему информации, к развертке структуры во времени электронным лучом в последующей обработке сигнала на ЭВ, что значительно усложняет установку, делает ее громоздкой, дорогостоящей в спучае измерения двухточечных корреляционных функций и из-за ограниченного объема памяти на ЭВМ не позволяет измерять мжэготочечные моменты. Оптический коррелометр позволяет исключить промежуточную операцию - обработку сигнала и перейти к непосредственным расчетам физических пардметров материалов по измерениям трех точечных моментов. Формула изобретения Оптический коррелометр, содержащий точечный источник света и расположенные на одной оптической оси кюллиматор, первый и вто.рой транспаранты, собирающую линзу, фотоприемник, выход которого соединен с блоком регистрации, отличающийся тем, что, с цепью упрощения коррелометра, в него введены третий транспарант, установленный между вторым транспарантом и собирающей линзой, два электромеханических привода линейных взаимно ортогональных перемещентй, два электромеханических привода вращательных перемещений и три рамки для установки соответствующих транспарантов, при этом первая и третья рамки механически связаны с соответствующими электромеханическими приводами линейного и врашательного перемещений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ОКА-2; ж. ПТЭ, 1960, № 1, с. .