Устройство обнаружения прозрачных неоднородностей

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к оптико-электронным теневым приборам, используемым для исследования градиента показателя преломления оптически прозрачных сред, в частности водных, устанавливаемых на движущихся носителях.

Технический результат полезной модели заключается в повышении чувствительности устройства, за счет уменьшения уровня шумов.

В устройстве обнаружения оптических неоднородностей последовательно расположены источник света, коллимирующий объектив, первая пентапризма, первый и второй иллюминаторы, между которыми размещается исследуемый объем, вторая пентапризма, приемный объектив, отсекающая диафрагма, нож и приемник излучения, соединенный со средствами управления и обработки информации.

Отсекающая диафрагма, обеспечивающая устранение дополнительного светового потока, возникающего за счет переотражения от поверхностей оптических элементов, устанавливается перед ножом, таким образом, что ее поверхность касается рабочей поверхности ножа.

Для исключения вибраций ножа в процессе корректировки его положения и обеспечения неподвижного положения ножа в процессе измерений может быть установлено прижимное устройство, поджимающее нож к отсекающей диафрагме. При такой компоновке устройства, нож в процессе корректировки своей рабочей поверхностью скользит по поверхности отсекающей диафрагмы, а с другой стороны поджат к ней прижимным устройством, что практически полностью исключает его вибрацию, что дополнительно повышает чувствительность устройства.

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к оптико-электронным теневым приборам, используемым для исследования градиента показателя преломления оптически прозрачных сред, в частности водных, устанавливаемых на движущихся носителях.

Наиболее близким к предлагаемому и выбранным в качестве прототипа, является устройство, построенное по схеме приведенной в книге "Морская рефрактометрия". Авторы М.А.Брамсон, Э.И.Красовский, Б.В.Наумов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986 г., стр.178-179, рис.5.1. Оптическая система устройства с однократным проходом зондирующего светового пучка через анализируемый объем воды содержит лазерный источник света, коллимирующий объектив, например, телескопическую систему, ограничивающую диафрагму, обеспечивающую необходимую для работы апертуру светового потока, первую и вторую пентапризмы, осуществляющие разворот светового пучка на 90°, первый и второй иллюминаторы, между которыми заключен просмотровый объем, приемный объектив, в фокальной плоскости которого установлен нож Фуко, за которым располагается интерференционный светофильтр и фотоэлектронный умножитель. Сигнал с выхода фотоэлектронного умножителя поступает на средства обработки сигнала. Нож закреплен на подвижном основании, снабженном электроприводом, что позволяет регулировать положение ножа относительно сфокусированного объективом светового пятна.

Недостаток прототипа заключается в том, что в оптической системе за счет переотражения от поверхностей оптических элементов присутствует дополнительный световой поток, не несущий информации об оптических неоднородностях, но увеличивающий общую световую засветку фотоприемника. Увеличение дополнительного светового потока, а оно может составлять до половины полезного светового потока, увеличивает уровень шумов с фотоприемника, при том же полезном сигнале, т.е. уменьшается чувствительность устройства.

Кроме того, в устройстве не предусмотрена фиксация ножа в заданной плоскости (в фокальной плоскости приемного объектива), вследствие чего, в условиях вибрации, нож периодически отклоняется от этой фокальной плоскости. Это приводит к появлению сигнала помехи, накладывающемуся на полезный сигнал.

Технический результат полезной модели заключается в повышении чувствительности устройства, за счет уменьшения уровня шумов.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство обнаружения прозрачных неоднородностей, содержащее источник излучения, коллимирующий объектив, первую пентапризму, первый и второй иллюминаторы, между которыми размещается исследуемый объем, вторую пентапризму, приемный объектив, нож, установленный с возможностью перемещения поперек хода лучей, приемник излучения и средства управления и обработки информации, дополнительно снабжено отсекающей диафрагмой, установленной перед ножом, причем поверхность диафрагмы соприкасается с рабочей поверхностью ножа.

Устройство может быть снабжено электроприводом для корректировки положения ножа.

Для исключения вибраций ножа в процессе корректировки его положения, в устройстве дополнительно может быть установлено прижимное устройство, поджимающее нож к диафрагме.

Прижимное устройство может быть выполнено в виде направляющей шайбы, установленной в корпусе приемного объектива и жестко соединенной с ней прижимной пружины.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - оптическая схема устройства,

фиг.2 - пример установки отсекающей диафрагмы с использованием прижимного устройства.

На чертежах обозначены:

1 - источник излучения;

2 - коллимирующий объектив;

3 - первая пентапризма

4 - первый иллюминатор;

5 - второй иллюминатор;

6 - вторая пентапризма

7 - приемный объектив;

8 - отсекающая диафрагма;

9 - нож;

10 - электропривод;

11 - приемник излучения;

12 - средства управления и обработки информации;

13 - направляющая шайба;

14 - прижимная пружина.

15 - корпус приемного объектива.

В устройстве обнаружения оптических неоднородностей последовательно расположены источник 1 света, коллимирующий объектив 2, первая пентапризма 3, первый 4 и второй 5 иллюминаторы, между которыми размещается исследуемый объем, вторая пентапризма 6, приемный объектив 7, отсекающая диафрагма 8, нож 9 и приемник 11 излучения, соединенный со средствами управления и обработки информации 12.

Отсекающая диафрагма 8, обеспечивающая устранение дополнительного светового потока, возникающего за счет переотражения от поверхностей оптических элементов, устанавливается перед ножом 9, таким образом, что ее поверхность касается рабочей поверхности ножа 9.

Таким образом, отсекающая диафрагма 8 оказывается установленной в фокальной плоскости приемного объектива 7. В этом месте сечение полезного светового потока минимально и не превышает нескольких десятков микрон, поэтому размер отсекающей диафрагмы 8 может быть минимизирован, что позволяет максимально минимизировать паразитную засветку. Практика показала, что диаметр отсекающей диафрагмы 8 может составлять (20-40)Д, где Д - размер сечения полезного светового пучка, в фокальной плоскости приемного объектива 7.

Устройство может быть снабжено электроприводом 10, например FL42STH33-0316F с основным угловым шагом 0,9 ^о, обеспечивающим корректировку положения ножа 9 в процессе проведения измерений. Управление работой электропривода 10 осуществляется средствами 12 управления и обработки информации.

Для исключения вибраций ножа 9 в процессе корректировки его положения и обеспечения неподвижного положения ножа 9 в процессе измерений может быть установлено прижимное устройство, поджимающее нож 9 к отсекающей диафрагме 8.

При такой компоновке устройства, нож 9 в процессе корректировки положения своей рабочей поверхностью скользит по поверхности отсекающей диафрагмы 8, а с другой стороны поджат к ней прижимным устройством, что практически полностью исключает его вибрацию, что дополнительно повышает чувствительность устройства.

Прижимное устройство может быть выполнено, например, в виде направляющей шайбы 13, установленной в корпусе 15 приемного объектива и жестко соединенной с ней прижимной пружины 14.

В качестве источника 1 излучения может использоваться лазерный диод с длиной волны 635 нм.

Приемник 11 излучения может быть выполнен, например, на основе кремниевого PIN фотодиода.

В качестве средства 12 управления и обработки информации может использоваться ЭВМ или микроконтроллер.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 проходит через коллимирующий объектив 2, который преобразует его в квазипараллельный световой поток. Этот поток излучения пройдя через первую пентапризму 3, иллюминатор 4, исследуемый объем, второй иллюминатор 5, вторую пентапризму 6, попадает на приемный объектив 7, который фокусирует поток в плоскости ножа 9, перекрывающего часть потока, после чего световой поток попадает на приемник излучения 11.

Когда в исследуемом объеме появляются прозрачные оптические неоднородности, световой пучок смещается в плоскости ножа, т.е. изменяется засветка приемника излучения. Возникает полезный сигнал на выходе устройства, по величине и спектральной характеристике которого, судят о характере обнаруженной неоднородности.

Отсекающая диафрагма 8 перекрывает доступ к приемнику излучения 11 переотраженному на поверхностях оптических элементов световому потоку, не несущему полезной информации. Этот световой поток подходит к приемному объективу 7 не параллельно оптической оси, а под произвольными углами и, поэтому, фокусируется в его фокальной плоскости не по оптической оси, а в стороне, т.е. не попадает в отверстие диафрагмы 8, а, следовательно, и на приемник излучения 11.

С выхода приемника излучения 11 электрический сигнал поступает в средства управления и обработки информации 12, где осуществляется накопление данных, поступающих с выхода приемника излучения 11, а также их обработка, заключающаяся в цифровой фильтрации и вычислении спектральных характеристик.

Предлагаемое устройство прошло опытную проверку и показало повышение чувствительности к обнаружению слабых оптических неоднородностей.

Представленные чертежи и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для обнаружения прозрачных неоднородностей среды, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.

1. Устройство обнаружения прозрачных неоднородностей, содержащее источник излучения, коллимирующий объектив, первую пентапризму, первый и второй иллюминаторы, между которыми размещается исследуемый объем, вторую пентапризму, приемный объектив, нож, установленный с возможностью перемещения поперек хода лучей, приемник излучения и средства управления и обработки информации, отличающееся тем, что устройство снабжено отсекающей диафрагмой, установленной перед ножом, причем поверхность диафрагмы соприкасается с рабочей поверхностью ножа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено электроприводом для корректировки положения ножа.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что нож поджат к диафрагме посредством прижимного устройства.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что прижимное устройство выполнено в виде направляющей шайбы, установленной в корпусе приемного объектива и жестко соединенной с ней прижимной пружины.