Устройство для измерения измененийКОэффициЕНТА пРЕлОМлЕНия пРОзРАчНыХСРЕд C гРАдиЕНТОМ КОэффициЕНТА пРЕ-лОМлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

фициента преломления, содержащее теплеровскую систему, включающую в себя осветительную часть в виде последовательно расположенных источни излучения белого света, объектива, формирующего изображение источника, диафрагмы со щелью коллиматорного объектива к приемную часть в виде коллиматорного объектива установлен ной вблизи его фокуса решетки, состоящей из системы прозрачных и непрозрачных полос, объектива, формирующего изображение исследуемой среды,и регистрирующего прибора ,щел диафрагмы расположена перпендикуляр но направлению среднего градиента коэффициента преломления исследуемо среды, а решетка установлена параллельно щели. При этом ширина щели не более 0,1 мм, а период решетки в пределах 0,1-10 мм, На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство включает в себя источ ник 1 белого света с непрерывным (лампа накаливания) или линейчатым спектром (ртутная лампа}, объекягив 2, формирующий изображение источника, диафрагму 3 в виде плоской щели коллиматорный объектив 4, кювету 5, заполненную исследуемой стратифицированной средой, в которой в невозмущенном состоянии коэффициент прело Ленин меняется вдоль оси Z ,приемный ко лиматорный объектив 6, установленную вблизи его фокуса.плоскую решетку7 состоящую из системы прозрачных и .непрозрачных полос, объектив 8, фор мирующий изображение исследуемой среды, и регистрирующее устройство 9 (фото, кинокамера, телевизионная камера, фотоэлемент). Устройство работает следувзщим образом. Белый СВИТ, излyчae iый источнико 1, проходит через объектив 2, форм рующий изображение источника, диафрагму с плоской адельЮу расположенную в фокусе коллиматорного объекти ва 3, ,и поступает в кювету с исследуемой средой, в которой в невозмущенном состоянии находится средний градиент коэффициента преломлени-я п (z) (вызванный, например, средним градиентом плотности при иссле.дован процессов в стратифицированных жидкостях или газах). Щель в этом случае расположена горизонтально. При прохождении через невозмущенную исследуемую среду параллельный пучок света отклоняется на некоторый угол величина которого определяется сред ним гралиентом коэффициента прелом ления и длиной волны Д.. При этом фокальной плоскости получается широ кое изображение , образованное наложением друг на друга спектральн окрашенных изображений осветительной щели, образованных лучами, проходящими на различной высоте в исследуемой среде. Темные полосы периодической решетки 7 частично перекрывают цветные изображения щели, и в поле зрения приемного объектива формируется изображение исследуемой среды, окрашенное, в систему цветных спектральных полос, параллельных щели и полосам диафрагмы. В жидкости с однородным значением градиента плотности максимальное число полос равно удвоенному значению числа штрихов в решетке, причем спектры являются обращенными относительно центра изображения. В жидкости со сложным нелинейным распределением плотности число полос увеличивается, поскольку на данный штрих диафрагмы приходят лучи из различных частей изображения. В большинстве случаев смещение о изображения щели определяется выражениемS -fbx4f4i- i-f--d-.t -ЯГГ А f - фокус коллиматорного объекгдетива ; геометрическая длина хода луча в исследуемой среде; локальное значение градиента коэффициента преломления; п - коэффициент преломления{ В - коэффициент ,.,A(.AJB. (2) Ширина спектра зависит от дисперсионных свойств жидкос.ти (вида функциональной зависимости пдСд.) .значений коэффициента В). В тех случаях, когда градиент коэффициента преломления является сложной функцией от г,всю исследуемую область можно представить разбитой на зоны, в которых dn /dz const с требуемой степенью точности, и каждая такая зона создает свое изображение щели, удаленное на расстояние б от центра. Полная ширина изображения определяется величиной максимума и минимума значений градиента коэффициента преломления в исследуемой среде. Выбирая ширину и число штрихов на решетке с учетом формулы (1), можно в изображении среды выделить интересующие значения градиента коэффициента преломления во всем диапазоне его изменения. При протекании физических процессов .в исследуемой среде изменяется локальное значегше п, (z); и соответственно угол отклонения луча, прошедшего через данную область жидкости, и его положение (5 относительно неподвижной решетки. Первоначальное положение цветных полос нарушается, в образующемся изображении величина смещения полосы данного цвета пропорциональна величине изменения градиента коэффициента преломления. Полученное изображение регистрируется с помощью фотокиноаппарата или видеомагнитофона.

Устройство для измерения коэффицинта преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления по сравнению с известньами устройствами, позволяет существенно увеличить объем информации о распределении и характере возмущений градиента коэффициента преломления. Для количественных измерений- в большинстве случаев при необходимости прибегать к фотометрированию образующихся кинограмм, достаточно измерить линейкой смещение полосы данного цвета, чтобы определить величину изменения dni/dz . Получающееся в данном устройстве цветное изображение обеспечивает существенное повьЕаение информативности о внутренней пространственной структуре протекающих процессов, по сравнению с традиционным теневым методом (диафрагма - нож), вследствие чего становится возможным непосредственно измерять ряд новых характеристик (распределение амплитуд возмущений по пространству, групповую и фазовые скорости распространения) в жидкостях с постоянным и переменным значениями градиента коэффициента преломления. Такое устройство может быть успешно использовано в лабораторных условиях при, исследовании прозрачных неоднородностей при нестационарных процессах в жидкости с градиентом плотности, и особенно при изучении пространственной структуры процессов в среде с неоднородным градиентом коэффициента преломления, которые не могут быть изучены и интерпретированы достаточно полно с помощью известных приборов.

Формула

изобретения

1 Устройство для измерения изменений коэффициента преломления прозрачных сред с градиентом коэффициента преломления, содержащее теплеровскую систему, включающую в себя осветиoтельную часть в виде последовательно расположенных источника излучения белого света, объектива, формирующего изображение источника, диафрагмы со щелью, коллиматорного основного

5 объектива,и приемную часть в виде коллиматорного объектива,установленной вблизи его фокуса решетки,состоящей из .системы прозрачных и непрозрачных полос, объектива, формирующего.изображение исследуемой среды, и регистрирующего

0 прибора, отличающееся тем, что, с целью увеличения объема информации о распределении и характере возмущения градиента коэффициента преломления, щель диафрагмы рас5положена перпендикулярно направлению среднего градиента коэффициента преломления исследуемой среды, а решетка установлена параллельно щели.

2.Устройство поп.1,отличаюDщ е е с я тем, что ширина щели не более 0,1 мм, а период решетки 0,110 мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Васильев Л.А. Теневые методы. М., Наука, 1968, с.33-34.

2.Васильев Л.А. Теневые методы. М., Наука, 1968, с. 46-51 (прототип).