Устройство для измерения градиента показателя преломления

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф Ю г;

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

15 (21) 3769618/24-25 (22) 05.07.84 (46) 23.04.86. Бюл. Р 15 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) Е.В.Гуменник, О.А.Евтихиева и Б.С.Ринкевичюс (53) 535.24(088.8) (56) Хауф В., Григуль У. Оптические методы теплопередачи. — М.: Мир, 1973, с. 24-48.

Бажинов В.А. и др. Лазерный микрорефрактометр для измерения градиентов температуры в жидкости. — ПТЭ, 1979, В 2, с. 280-282. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее лазер, оптическую формирующую систему, оптическую приемную . систему, координатно-чувствительный фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью сокращения времени и повышения точности измерений, в него дополнительно введены две полупрозрачные пластины, точечный источник света, оптическая пере,дающая система, дополнительная приемная оптическая система, нож Фуко, „.Я0„„1226195 A (5p 4 G 01 N 21/41

I экран, дефлектор, делитель луча, состоящий из делительного кубика и поворотной призмы, и дополнительный координатно-чувствительный фотоприемник, при этом дефлектор и делительный кубик расположены последовательно на оптической оси устройства между лазером и оптической формирующей системой, точечный источник света и оптическая передающая система расположены перпендикулярно оптической оси устройства и оптически связаны с первой полупрозрачной пластиной, а расположенные последовательно дополнительная приемная оптическая система, нож Фуко и экран оптически связаны с второй полупрозрачной пластиной и установлены на оси, перпендикулярной оптической оси устройства, причем обе полупрозрачные пластины расположены о под углом 45 к оптическим осям и перпендикулярны одна другой, пово-ротная призма.и дополнительный коор динатно-чувствительный фотоприемник оптически связаны и расположены на оси, параллельной оси устройства, и механически связаны с основным фотоприемником.

I 12261

Изобретение относится к области рефрактометрии и может найти применение в аэро- и гидродинамике..

Целью изобретения является сокращение времени и повышение точности измерений.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит лазер 1, дефлектор 2, делительный блок, состоя- 10 щий из делительного кубика 3 и поворотной призмы 4, формирующую 5 и приемную 6 оптические системы, два связанных между собой фотоприемника

7, точечный источник 8 излучения, передающую оптическую систему 9 для формирования широкого параллельного пучка, две большие полупрозрачные пластины tO и 11, оптическую систему 12 для преобразования параллельного пучка в сходящийся, нож Фуко 13, экран 14.

Устройство работает следующим образом.

Между полупрозрачными пластинами

10 и 11 помещается исследуемая среда

15, которая содержит неоднородную область 16. На исследуемую среду падает широкий параллельный пучок света, сформированный с помощью точечного источника 8, оптической системы 9 и полупрозрачной пластины 10, После прохождения через исследуемую среду широкий пучок, отразившись от плоскопараллельной пластины 11, попа- З5 дает на оптическую систему 12, в фокусе которой расположен нож Фуко .13, а затем падает на экран 14. Часть света, прошедшая через оптически неоднородную среду, отклонится от пер- 40 воначального направления и задержится ножом Фуко, что приведет к перераспределению освещенности экрана. Таким образом, на экране возникает картина, которая позволяет ус- 45 тановить точное месторасположение неоднородной области в исследуемой среде или определить наличие и расположение микроструктур. После этого с помощью дефлектора 2 параллельные 50 пучки рефрактометра перемещаются таким образом, чтобы один из пучков (измерительный) вплотную подошел к неоднородной области или микроструктуре, которую предполагается SS исследовать, а дополнительный пучок шел вне пределов этой области. Если дополнительный пучок попадает также в неоднородную область, то необходимо изменить расстояние между измерительным и дополнительным пучками, пе— реместив поворотную призму. При этом на экране наблюдаются помимо теневой картины две яркие точки, одна нз них располагается вплотную к исследуемой области, а другая лежит на некотором расстоянии от нее. При перемещении призмы необходимо изменить расстояние межцу фотоприемниками, что делается во время юстировки системы.

При проведении измерений измерительный пучок перемещается параллельно самому себе с шагом, который выбирается исходя из качественной картины неоднородности .

При работе дефлектора перемещается измерительный пучок, а значит перемещается и фотоприемник, что понижает точность измерений. Чтобы перемещение не оказывало влияние на точность, введен дополнительный пучок, который, перемещаясь вместе с измерительным, идет все время вне неоднородности.

Измерение угла отклонения измерительного пучка производится следующим образом. Дополнительный координатно-чувствительный фотоприемник перемещается так, чтобы выходной ток фотоприемника равнялся нулю при попадании на него дополнительного пучка. Это означает, что дополнительный пучок падает симметрично относительно измерительных площадок фотоприемника (угол отклонения пучка . равен О). Основной фотоприемник жестко связан в процессе измерения с дополнительным и находится от него на расстоянии, равном расстоянию между измерительным и дополнительным пучками до неоднородности. Поэтому выходной сигнал измерительного координатно-чувствительного фотоприемника обусловлен отклонением измерительного пучка только за счет наличия градиента показателя преломления в неоднородной области. При этом устранено влияние любых случайных величин, приводящих к отклонению пучка.

Используемый фотоприемник представляет собой позиционно-чувствительный фотоприемник, который состоит из двух прямоугольных площадок, сигнал с последних вычитается. Если луч падает симметрично относительно

12?6195 плог:адок, то выходной сигнал равен

О. При смещении луча появляется выходной сигнал, величину которого в рабочей области можно в первом приближении считать пропорциональной

15

Составитель В. Варнавский

Техред Н Бонкало КорректоР Е.Сирохман

Редактор Л.Гратилло

Заказ 211.7/35 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 смещению.

При наличии микроструктуры в ис следуемой среде, положение которой непрерывно меняется, первоначально по. теневой картине устанавливается местоположение такой структуры в данный момент времени, а затем при сканировании микроструктуры измерительным пучком определяется распре деление градиента показателя преломления.

Повьппение точности измерений связано с тем, что на величину угла отклонения (или смещения) луча, идущего через неоднородность, помимо самой неоднородности оказывают влияние посторонние факторы, например уход диаграммы направленности лазерного излучения. Причем влияние ухода диаграммы направленности настолько велико, что именно этот фактор ограничивает точность и чувствительность измерений с помощью рефрактометра.

Использование дополнительного луча, идущего вне неоднородности, позволяет устранить влияние этих посторонних факторов, так как дополнительный фотоприемник выставляется перед началом каждого измерения таким образом, что его .выходной сигнал равен О.

Так как основной фотоприемник в процессе измерений жестко связан с дополнительным, то его сигнал обусловлен только отклонением измерительного луча за счет наличия градиента показателя преломления в неоднородной среде.