Интерференционный способ измерения плотности Советский патент 1980 года по МПК G01B9/02 

I

Изобретение относится к технике интерференционных измерений плотности оптически прозрачных сред и может найти применение в газодинамике, ппазмохимии, физике горения и взрыва.

Известен способ определения плотности газа с помощью двухлучевого интерферометра, состоящий в том, что измеряют сдвиг полос и по расчетным формулам устанавливают плотность 11.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является интерференщюнный способ измерения плотности оптически прозрачного вещества, основанный на явлении дисперсии света в веществе, состоящий в том, что фотографически регистрируют двухлучевую спектроинтерферограмму и по положению полос в спектре определяют плотность 2.

Недостатком этого способа является низкая точность определения фазового сдвига, равного для двухлучевых интерферометров 0,05 длины волны света, и невозможность определения профиля распределения плотности, т.е. недостаточный динамический диапазон.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение динамического диапазона.

Это достигается тем, что в интерференционном способе измерения плотности оптически прозрачных веществ создают одновременно -спектроинтерференционные трехлучевую и двухлучевую картины, в рабочем участке спектра трехлучевой картины формируют не менее J двух изапик, определяют длину волны одного изагшка и измеряют спектральные расстоятия между соседними изапиками в исходном и рабочем состоянии. По Наклону двухлучевых полос определяют направление изменения плотности и судят об ее абсолютном значении. Для определения профиля плогности выделяют в монохроматической трехлучевой картине два участка в экстремуме освещенности и изапике полосы, регистрируют изменение интенсивности в этих участках и по полученным значениям судят о профиле распределения плотности.

Точность измерения повышается за счет использования трехлучевой интерферометрии, позволяющей находить разность хода с точностью 0,004 длины волны света. В трехлучевой картине измерительным индексом служит место равных интенсивностей соседних полос, называемых далее изапик (ох сочетания греческого слова из - равный, и латинского апик - верхушка).

На фиг. 1 приведена трехлучевая спектроинтерференционная картина в исходном состоянии; на фиг. 2 - то же, в рабочем состоянии; на фиг. 3 - монохромат-ическая трехл)Д1евая интерферограмма с участками изме;рения; на фиг. 4 - график измерения интенсивности полосы при измерении плотности.

Измерительная установка для осуществления данного способа состоит из осветителя, трехлучевого интерферометра с измерительной и компенсационной камерами, спектрографа и двухлучевого фотоэлектрического регистратора Если компенсационная камера длиной Е-) заполнена газом плотности р. с постоянной Гпадстона-Дейла k()., то разность хода & дл двух соседних изапик трехлучевой спектроинтерферограммы (фиг. 3) можно записать

л -MMlbdlik

(1)

- CAi +

(2)

tfi

1..

Так как

то

о Р r i Jii -1 1--i Л1 л, 2 (3)

Если измерение ведется в узком спектральном интервале, то приняв

A i V i-n i -l .rN-равенство (3) можно записать в виде

Л

(4)

ri

После ь едения в рабочую камеру длиной исследуемого газа плотности р равенство (4) для изапика -j (фиг. 4) принимает вид

(App,(s)

Приняв Л( A.i) и. комбинируя равенства (4) и (5), получаем формулу для измерения плотности газа в рабочей камере

Л j дЛд

(6)

21 лКл Л.Х.Х 3J

Если одновременно регистрировать интенсивности i-) и- tg двух участков интерференционной полосы (фиг. 3) с 4 0° (экстремум) и 2 90 (изапик), то

V.,B.n-(.tr)

(7)

a.-a,si.%--)

2 О t Л

(8) 2 / ГрагЬик зависимости освещенности при изменении плотности (фиг. 4) показывает, что

0 в том месте, где одна кривая проходит через экстремум, вторая кривая идет на среднем линейном участке и однозначно указывает направление (рост или спад) изменения плотности. Используя это свойство двух интерфе5 ренционпых осциллограмм, строится непрерывный профиль изменения плотности.

Измерение плотности по данному способу производится путем выполнения следующей последовательности операций. После настройки

0 трехлучевого интерферометра на полосы равного наклона с градиентом вдоль направленных полос, формируют в спектроинтерференционной картине не менее двух изапик в рабочем участке спектра (фиг. 1) и выделяют в монохроматической трехлучевой картине два участка в экстремуме и изапике полосы (фиг. 3). Затем вводят исследуемое вещество в рабочую ветвь интерферометра и регистрируют рабочую спектроинтерферограмму (фиг. 2) и две осциллограммы изменения освещенности в двух участках (фиг 4). Измерив на двух снимках длины волн одного изапика и спектральное расстояние между соседними изапиками и определив по наклону двухлучевых полос направление (знак) изменения плотности газа (разряжение или сжатие), по формуле (6) определяют плотность газа, а затем, используя дополнительность свойств двух интерференционных осциллограм, строят профиль распределения плотности.

Формула изобрете н ия 1. Интерференционный способ измерения плотности оптически прозрачных веществ, основанный на явлении дисперсии света в веществе, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и расширения динамического диапазона, создают одновременно спектроинтерференционные трехлучевую и двухлучевую картины, в рабочем участке спектра трехлучевой картины формируют не менее двух изапик, определяют длину волны одного изапика и измеряют спектральные расстояния между соседними изапиками в исходном и рабочем состоянии, при этом по наклону двухлучевых полос определяют направление изменения плотности и судят об ее абсолютном значении.