Дистанционный теневой визуализатор плотностных неоднородностей морской воды Советский патент 1982 года по МПК G01N21/17 

1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изучении плотностных неоднородностей в прозрачных средах, в том числе и для изучения микроструктуры морской воды, когда изучаемая область удалена от наблюдателя.

Известны теневые приборы, используемые для изучения микроструктуры морской воды, состоящие из теневой оптической системы и передающей телевизионной камеры, которые позволяют получить информацию о градиенте поля показателя преломления внутри анализируемого объема на экране приемного телевизионного устройства, расположенного в удобном для наблюдения месте ГО . .

Однако чувствительность таких °приборов при всех прочих равйых условиях зависит от прозрачности исследуемой среды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является дистанционный теневой визуализатор плотностных неоднородностей морской водь|, содержащий последовательно установленные по оптической оси источник излучения, конденсор, диафрагму, выполненную в виде зеркального ножа, головной объектив, защитный иллюминатор и зеркало, установленный под углом к оптической оси диафрагмы проекционный объектив, за которым установлена светоделительная пластина, с одной стороны которой установлена телевизионная камера, подключенная к приемной телевизионной установке, а с другой - фотоприемник, соединенный с фильтром низкой частоты через усилитель постоянного тока, и измерительный прибор 2j.

Недостаток- известного устройства заключается в ограниченной достоверности измерений из-за влияния внешнего давления и перепадов температур в условиях океанологического эксперимента. Цель изобретения - повышение дос товерности измерений. Для достижения указанной цели в дистанционный теневой визуализатор плотностных неоднородностей морской воды, содержащий последовательно ус тановленные по оптической оси источ ник излучения, конденсор, диафрагму выполненную в виде зеркального ножа, головной объектив, защитный иллюминатор и зеркало, установленный под углом к оптической оси диафрагмы проекционный объектив, за которы установлена свет.оделительная пласти на, с одной стороны которой установ лена телевизионная камера, подклю)ченная к приемной телевизионной ст новке, а с другой - фотоприемни соединенный с фильтром низкой часто через усилитель постоянного тока, и измерительный прибор, введены пье зокерамический ультразвуковой излучатель с генераторами низкой и высо кой частот,установленный между зер калом и защитным иллюминатором вне поля зрения, и последовательно подключенные к выходу фотоприемника усилитель переменного тока, полосевой фильтр и делитель, второ вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход - с измерительным прибором. На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 излучения конденсора 2, диафрагму 3 выполненную в форме зеркального-ножа, головной объектив k, защитный иллюминатор 5, зеркало 6, проекционный объектив 7, светоделительную пластину 8, передающую телевизионную камеру 9, приемную телевизионну установку 10, пьезо1 ерамический уль развуковой излучатель С.11 с генераторами высокой 12 и низ.кой 13 частот, фотоприемник Il, усилитель 15 постоянного тока, усилитель 16 пеое менного тока, полосовой фильтр 17, фильтр 18 низких частот, делитель 19 напряжений двух электрических сигналов и измерительнь1Й прибор 20. Источник излучения 1, конденсор 2, диафрагма 3, головной объектив защитный иллюминатор 5 и зеркало 6 установлены последовательно rio опти ческой оси. Под углом к оптической оси диафрагмы 3 расположен проекционный объектив 7, за кбторым установлена светоделительная пластина В, с одной стороны которой находится телевизионная камера 9, подключенная к приемной телевизионной установке 10, ас другой - фотоприёмник k, соединенный с фильтром 18 низкой частоты через усилитель 15 постоянного тока. Пьезокерамический ультразвуковой излучатель 11 установлен между зеркалом 6 и защитным иллюминатором 5 вне поля зрения. К выходу фотоприемника I последовательно подключены усилитель 16 переменного тока, полосовой фильтр 17 и делитель 19, второй вход которого соединен с выходом фильтра 18 низкой частоты, а выход - с измерительным прибором 20. Устройство работает следующим образомТело накала источника 1 излучения конденсором 2 проектируется в плоскость диафрагмы 3. Параллельный световой пучок, сформированный головным объективом k, через иллюминатор 5 поступает в анализируемый объем исследуемой среды и, отразившись от автоколлимационного зеркала, возвращается в плоскость диафрагмы 3. При наличии в анализируемом объеме плотностных неоднородностей, световой пучок деформируется, и часть светового потока попадает на диафрагму (зеркальную кромку ножа) 3 и, отразившись от нее, через проекционный объектив 7 поступает на светоделительную пластину 8, откуда, частично отразившись., попадает на фото атод передающей телевизионной камеры 9. Остальная часть рветового потока поступает на фотоприемник 14. С целью оценки Чувствительности теневого визуализатора на пьезокерамический излучатель 11 с генератора 12 высокой частоты подается напряжение резонансной частоты, промодулированное по амплитуде напряжением низкой частоты генератора 13. Таким образом, в исследуемой среде анализируемого объема формируется ультразвуковая волна с интенсивностью изменяющейся по закону огибающей напряжения резонансной частоты. Ультразвуковая волна вследствие эффекта фотоупругости из-за механических напряжений приводит к изменению дй-i электрической проницаемости, а еледовательно, к изменению показателя преломления среды, которое регистри руетсд фотоприемником И. Электрический сигнал, амплитуда которого определяется величиной бликов оптических деталей, рассеянием света и т.д., а также частично интенсивностью исследуемых оптических неоднородностей в анализируемом объеме с фотоприемника I поступает на уси лители постоянного 15 и переменного 16 токов. Полосовой фильтр 17, настроенный на частоту низкочастотного генератора, выде/1яет из всей совокупности частот электрический сигнал низкой частоты, соответствующий изменению интенсивности ультразвукового поля. Выделенный сигнал поступает на делитель 19 напряжений двух электрических сигналов. Электрический сигнал, амплитуда которого определяется величиной бли ков оптических деталей, рассеянием света и т.д., а также частично интенсивностью исследуемых оптических неоднородноетей в анализируемом объеме, с фотоприемника 14 через усилитесь 15 постоянного тока поступает на фильтр 18 низких частот, который фильтрует составляющую сигнала, обусловленную наличием оптических неоднородностей в - анализируемой объеме, и далее попадает на делитель 19 напряжений двух электрических сигналов, где происходит деление величины электрического сигнала, пропорционального инteнcивнocти тест-объекта, н величину сигнала, амплитуда которо го -зависит от уровня освещенности мишени фотокатода передающей камер определяемого наличием бликов, рас сеянием света и т.д. Далее электри ческий сигнал, пропорциональный ко трастной чувствительности теневого визуализатора, поступает на измери тельный прибЬр, по которому ведетс контроль чувствительности. I Изобретение позволяет значительно повысить достоверность регистрир мой информации об оптических неоднородностях путем контроля чувствительности теневого визуализатора в условиях его эксплуатации, т.е. при наличии дестабилизирующих факто ров (изменение внешнего давления, п репад температур и т.д., в среде с переменной прозрачностью. Причем при подаче на пьезокерамический из9Алучатель малой величины напряжения резеэнансной частоты в анализируемом объеме прибора можно формировать эталонные неоднородности, контраст изображения которых в плоскости фотокатода телевизионной камеры ниже ее контрастной чувствительности, что не приведет к изменению сюжета изображения на экране приемной телевизионной установки. Таким образом, контроль чувствительности теневого визуализатора можно проводить в течении всего эксперимента непрерывно. Формула изобретения Дистанционный теневой визуализатор плотностных неоднородностей морской воды, содержащий последовательно установленные по оптической оси источник излучения, конденсор, диафрагму, выполненную в виде зеркального ножа, головной объектив, защитный -иллюминатор и зеркало, установ-. ленный под углом к оптической оси диафрагмы проекционный объектив, за которым установлена светоделйтельная пластина, с -одной стороны которой установлена телевизионная камера, подключенная к приемной телевизионной установке, а с другой фотоприемник, соединенный с фильтром низкой частоты через усилитель постоянного тока, и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, в него введены пьезокерамический ультразвуковой излучатель с генераторами низкой и высокой частот, установленный между зеркалом и защитным иллюминатором вне поля зрения, и последовательно подключенные к выходу фотопри емника усилитель переменного тока, полосовой фильтр и делитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра «изкой частоты, а выход с измерительным прибором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Красовский Э.И. и др. Порог чувствительности автоколлимационного теневого прибора. - Оптико-механическая промышленность, 137, № 9, с. 32. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2586297, кл. G 01 N 21/17, 20.02.78 (прототип) .