Устройство для измерения пульсацийгРАдиЕНТА ОпТичЕСКОгО КОэффициЕНТАпРЕлОМлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

через эту прямую, а за Зкрайом устаиовлено полупрозрачное зеркало, создающее опорный н измерительный каналы, оптические длины которых равны, оптический нож регистрирующей системы выполнен в виде щели шириной - Луз и установлен перед фотоприемником измерительного канала ортогонально направлению распространения ультразвука, регистрирующая система дополнительно содержит фотопрнемник опорного канала н второй оптический нож, установленный перед ним также ортогонально направлению распространени5-1 ультразвука. Кроме того, с целью одновременного и независимого измерения пульсаций градиента оптического коэффициента преломления по двумя взаимно перпединкулярным направлениям, в модулятор установлен второй ультразвуковой излучатель, так что направления распространения излучения источника света и ультразвука второго излучателя образуют угол Брегга и лежат в одной плоскости, направления ультразвуков обоих излучателей ортогональны и лежат в одной плоскости, причем частоты модуляции излучателей разные, а непрозрачный экран содержит дополнительно два отверстия диаметром т:г где длина волны излучения второго ультразвукового излучателя, расположенные па прямой, параллельной направлению излучения второго ультразвукового излучателя, на расстоянии IX,-..„„, --г / от главной оптической оси объектива, проходящей через эту прямую, а два оптических ножа регистрирующей системы выполнены в виде креста. На чертеже схематически изображено данное устройство. Устройство содержит источник света 1, установленный на пути распространения его излучения модулятор 2 с ультразвуковым излучателем, так что направления распространения излучения источника света и ультразвука образуют угол Брегга и лежат в одной плоскости, объектив 3, расположенный на фокусном расстоянии от центральной нормали ультразвукового излучателя, за объективом в его фокальной плоскости установлен непрозрачный экран 4 с двумя /, располоотверстиями диаметром 10 х,з женными на прямой, параллельной направ1 СВ j; лению ультразвука, на расстоянии ----/ ОТ главной оптической оси объектива 3, проходящей через эту прямую, полупрозрачное зеркало 5, установленное за экраиом 4, создающее опорный и измерительный каналы, оптические длины которых равны. Измерительный оптический канал включает иллюминаторы 6, между которыми находится исследуемая среда 7, зеркало 8 и нризму 9. Оптический нож 10, представляющий собой щель шириной - , установлен непосредственно перед фотоприемником измерительного канала 11 ортогонально направлению распространения ультразвука. Опорный канал включает призму 12, оптический нож 13, представляющий собой щель шириной 1/4 А,уз, установленный непосредственно перед фотоприемником опорного канала 14, ортогонально направлению ультразвука. В регистрирующую систему могут быть включены, например, два фильтра 15 и 16, входы которых раздельно подключены к фотоприемникам И и 14, а выходы - ко входам фазометра 17, выход которого подключен к индикатору 18. При одновременном и независимом измерении пульсаций градиента оптического коэффициента преломления по двум взаимно перпендикулярным направлениям модулятор должен быть снабжен вторым ультразвуковым излучателем (на чертеже не показан), так что направления распространения излучения источника света и ультразвука второго излучателя образуют угол Брегга и лежат в одной плоскости, направления ультразвуков обоих излучателей ортогональны. Непрозрачный экран содержит дополнительно два отверстия диаметром , расположенные на прямой, параллельной направлению излучения второго ультразвукового излучателя, на расстоянии -., ,- / от главной оптической оси объектива, проходящей через эту прямую, а два оптических ножа регистрирующей системы выполнены в виде прозрачного креста, щели оторого ортогональны соответствующим направлениям ультразвуков. К выходу фотоприемников подключено еще по фильтру, настроенному на двойную частоту второго ультразвукового излучателя, выходы которых подсоединены ко входам второго фазометра, выход которого подключен к дополнительному индикатору. Устройство работает следующим образом. Световой пучок источника света 1 проходит через модулятор 2, где он дифрагирует на бегущей ультразвуковой волне. Дифрагированные пучки передаются объективом 3 на непрозрачный экран 4, который пропускает пучки первого порядка, при этом последние практически в опорном и измеpиfeльйoм Каналах совмещены. Полупрозрачное зеркало 5 разделяет световой пучок

двух длин волн (fcB-/уз) И (/св + /уз) На

два. Опорный пучок с помощью призмы 12 направляется на оптический нож 13, в плоскости которого создается бегущая световая интерференционная картина с частотой 2/уз. Измерительный пучок испытывает возмущения среды 7, находящейся между иллюминаторами 6, направляется зеркалом 8 и призмой 9 на оптический нож 10, в плоскости которого также создается бегущая световая интерференционная картина с частотой 2/уз.

После ножей образуется световой поток, пульсирующий с двойной частотой ультразвука. Наличие пульсаций градиента оптического коэффициента преломления в измерительном канале приводит к тому, что световой пучок отклоняется, а вместе с ним и бегущая интерференционная картина относительно оптического ножа 10, что соответствует сдвигу фазы относительно опорного пульсирующего светового потока. Пульсирующие световые потоки преобразуются в электрические сигналы фотоприемниками 11 и 14, которые выделяются фильтрами 15 и 16, настроенными на двойную частоту ультразвука. С выхода фильтров электрические сигналы поступают на входы фазометра 13 раздельно; сигнал пропорциональный разности фаз индицируется блоком 18.

При одновременном и независимом измерении градиента оптического коэффициента преломления по двум взаимно перпендикулярным направлениям световой пучок источника 1 дифрагирует также одновременно на второй ультразвуковой волне, которая также создает пучки с частотой (/ев- /уз) и (/св + /уз)- Эти пучки направляются объективом 3 в отверстия экрана, расположенные на прямой, параллельной направлению излучения второго ультразвукового излучателя, и расположенные на расстоянии - от главной оптической

уз

объектива, проходящей через эту прямую. Пучки, прошедшие через эти отверстия, совмещаются практически в один, который трансформируется далее ранее описанными средствами к фотопреобразователям. На выходе фотопреобразователей получаем по два сигнала с частотой 2/уз и 2/уз. Сигналы фильтруют и сравнивают фазометрами, на выходе которых получаем сигналы, пропорциональные изменению градиента оптического коэффициента преломления по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Использование средства в устройстве позволили достигнуть поставленной цели за счет того, что, во-первых, средний ток фотоприемника в 2--3 раза уменьшается, тем

самым уменьшаются шумы на выходе приемника, во-вторых, за счет того, что в устройстве происходит 100% модуляция, чувствительность его за счет применения точечной диафрагмы возрастает в два раза по сравнению в прототипом. Данное техническое решение не реагирует на неоднородности второго порядка (размер которых меньше или равен диаметру светового пучка), применение опорного канала приводит к тому, что компенсируются шумы источника излучения и шу.мы ультразвукового модулятора, а также вибрации передающей части устройства.

Использование данного устройства позволит измерять изменение градиента оптического коэффициента с точностью на порядок большей, чем известные устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для из.мерения пульсаций градиента оптического коэффициента преломления, содерл ащее источник света, объектив и регистрирующую систему, включающую оптический нож, фотоприемник и индикатор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, на пути распространения излучения источника света установлен модулятор с ультразвуковым излучателем, так что направления распространения излучения источника света и ультразвука образуют угол Брегга и лежат в одной плоскости, а объектив установлен на фокусном расстоянии от центральной нормали ультразвукового излучателя, при этом главная оптическая ось объектива совпадает с направлением излучения источника света, а за объективом в его фокальной плоскости установлен непрозрачный экран с двумя отверстиями, расположенными на прямон, параллельной направ1 Лев Jлению ультразвука, диаметром /,

10 ЛУЗ

где Лев-длина волны излучения источника света; 1уз - длина волны излучения ультразвукового излучателя; /-фокусное расстояние объектива, и на расстоянии - /

2 Луз

от главной оптической оси объектива, проходящей через эту прямую, а за экраном установлено полупрозрачное зеркало, создающее опорный и измерительный каналы, оптические длины которых равны, оптическнй нож регистрирующей системы выполнен в виде щели шириной - Яуз, и установлен перед фотопрпемнпком измерительного канала ортогонально направлению распространения ультразвука, а регистрирующая система дополнительно содержит фотоприемник опорного канала и второй оптический нож, установленный перед ним также ортогонально направлению распространения

ультразвука.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью одновременного и независимого измерения пульсаций градиента оптического коэффициента преломления по двум взаимно перпендикулярным направлениям, в модулятор установлен второй ультразвуковой излучатель, так что направления распространения излучения источника света и ультразвука второго излучателя образуют угол Брегга и лежат в одной плоскости, направления ультразвуков обоих излучателей ортогональны и лежат в одной плокости, причем частоты модуляции излучателей разные, а непрозрачный экран содержит дополнительно два отверстия диаметром - - f, где Куз - длина волны

Ю уз

излучения второго ультразвукового излучателя, расположенные на прямой, параллельной направлению излучения второго ультразвукового излучателя, на расстоянии

- f от главной оптической оси объ2 Ауз

ектива, проходящей через эту прямую, а два оптических ножа регистрирующей системы выполнены в виде креста. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Васильев Л. А. Теневые методы. М., «Наука, 1968, с. 60-61.

2.Якушенков Ю. Г. Расчет точности автоматической фотоэлектрической углоизмерительной системы. Известия ВУЗов, «Приборостроение, 1964, № 5, с. 128-131 (прототип).

-г