Способ измерения времени колебательной релаксации газов
Изобретение относится к физике процессов энергетического обмена в веществе. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем его применения для незамкнутых объемов. Через объем, заполненный исследуемым веществом , пропускают гауссоподобный пучок излучения импульсного лазера с длиноЛ волны, попадающей в контур линии поглощения исследуемого вещества. Дополнительно в исследуемый объем под углом dM /L (где dM - диаметр пучка излучения первого лазера: L - расстояние между источником зондирующего излучения и приемной линзой) к оптической оси первого лазера посылают пучок зондирующего . излучения второго лазера, принимают его излучение фокусирующей линзой и измеряют смещение плоскости изображения относительно фокальной плоскости линзы. Длительность импульсов первого лазера уменьшают, а период их следования увеличивают дотех пор. пока смещение плоскости изображения пучка зондирующего излучения не перестанет зависеть от длительности и периода следования импульсов первого лазера. Об искомом параметре (времени VT-релаксации) судят по времени нарастания смещения плоскости изображения пучка зондирующего излучения за приемной линзой. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 21/61
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4093271/25 (22) 17.07.86 (46) 15.03.93. Бюл. М 10 (71) Институт оптики атмосферы СО АН
СССР (72) И.П.Лукин и Б.А.Тихомиров (56) Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофаэных реакций. М.: Наука, 1974, с.177 — 183.
Авторское свидетельство СССР
- М 818270, кл. G 01 N 21/02, 1981. .(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ КОЛЕБАТЕЛЪНОЙ РЕЛАКСАЦИИ ГАЗОВ (57) Иэобретейие относится к физике процессов энергетического обмена в веществе.
Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей способа путем его применения для незамкнутых объемов. Через объем, заполненный исследуемым веществом, пропускают гауссоподобный пучок излучения импульсного лазера с длиной волны, попадающей в контур линии по„„Я2„„1382162 А1 глощения исследуемого вещества. Дополнительно в исследуемый объем под углом
p E dM /((где dM — диаметр пучка излучения первого лазера; L — расстояние между источником зондирующего излучения и приемной линзой) к оптической оси первого лазера посылают пучок зондирующего ° излучения второго лазера, принимают его излучение фокусирующей линзой и измеряют смещение плоскости изображения относительно фокальной плоскости. линзы.
Длительность импульсов первого лазера уменьшают, а период их следования увеличиваютдотех пор пока смещение плоскости изображения пучка зондирующего иэлучейия не перестанет зависеть от длительности и периода следования импульсов первого лазера. Об искомом параметре (времени VT-релаксации) судят по времени нарастания смещения плоскости изображения пучка зондирующего излучения за приемной линзой. 4 ил.
1302162 т„ л > мачт. Если т„„< т чт, то время т kigp равно в()емени колебательной релаксации (мачт). Время тепловой релаксации (т I. ) измеряется от ломента максймума смещения д (t) до его окончания.
Способ осуществляется следующим образом.
Незамкнутый обьем 7 исследуемого гаэа облучают гауссоподобным пучком импульсного лазд()а 1. Длина е)ол!1ы лазера 1 выбирается в пределах контура линии поглощения исследуемого газа.
Изобретение относигся к физике процессов энергетического обмена в газах и может быть использовано для определения времени перехода энергии колебательного возбуждения в теплову 0 при столкновении молекул газа, т.е. для измерения времени колабателы1ой VT-релаксации (т; чт), Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа путем его применения для неэамк11утых обьемов газа.
На фиг.1 показана структурная схема устройства для релаксации способа; Ila фиг.2, 3, 4 — времен11ые зависимости с лещения плоскости изображения пучка зондирующего излучения.
Устройство (фиг.1) содержит первый лазер 1, в качестве которого испол ьзуетсл импульсный узкополосный лазер с плавной перестройкой частоты, второй лазер 2 для формирования пучка зондирующего излучения, в качестве которого используется Не-Neлазер, фокусирующую линзу 3, оптический приемный 0лок 4, состоящий 113 двух, l(QK минимум, полупрозрачных зеркал, расположенных дс ll после области перетяжки пучка второго лазера, и фотоприемников (фотоумножителей ФЭУ) с точечными приемными диафрагмами, блок 5 обработки сигналов, блок
6 управления первым лазером 1. На фиг.1 показан также обьем 7 исследуемого газа.
На фиг.2 приводится временная зависимость смещения D (t), где t — время плоскости иэображения пучка зондирующего излучения второго лазера 2 при воздействии импульсами 0 гауссоподоб11ого пучка излучения импульсIIог0 первого лазера 1 на гаэ в обьеме 7.
Смещение 0(t) на фиг.2, 3, 4 имеет вид кривых 9, 10 или 11 в зависимости от соотношения периода Т следования импульсов
8, обозначенных по фиг.2, 3, 4 пунктирной линией, времени импульса (т„,„„) и времеIil1 kl3pGCT3IILI51 смещения (Z l,.-р), Время
T нр будет равно времени импульса, если
Дополнительно от источника зондирующего излучения лазера 2 посылается пучок зондирующего излучения, положение плоскости изображения которого за фокусиру1ощей линзой 3 регистрируется блоком 4 измерения положения плоскости изображения. Сигнал иэ блока 4 поступает в блок 5 обработки. Блок обработки соединен с блоком 6 управления первым лазером. Блок 6 состоит иэ системы управления частотой генерации, выполненной в виде дифракционной решетки или интерферометра, и системы управления длительностью импульсов излучения и частотой их следования.
Длина волны излучения зондирующего лазера может быть любой, однако ее удобнее брать отличной от длины волны излучения первого лазера (с целью частотной селекции зондирующего излучения и отсутствия поглощения маломощного зондирующего излучения).
Требование на гауссовость распределения интенсивности первого лазера и зондирование нагретой области под углами
p < d v /1, где dM — диаметр пучка первого лазера; — расстояние между вторым лазером 2 и линзой 3, к оптической оси пучка излучения первого лазера состоит в том, что при таких условиях пучок зондирующего излучения посылается в нагретую область, имеющую параболическое распределение диэлектрической проницаемости среды в поперечном сечении, и смещение плоскости его изображения однозначно зависит от времени колебательной VT-релаксации, Г1ри зондировании с углами p > 0
Излучение лазера 1 поглощается в объеме 7, что вызывает изменение температуры газа и его давления. Это приводит к искажению волнового фронта пучка излучения второго лазера 2, что ведет к смещению плоскости иэображения, формируемого фокусирующей линзой 3, при11има1ощей излучение лазера 2. Угол наклона рмежду пучками лазеров 1 и 2 выбирают следу1ощим образом.
При посылке пучка зондирующего излучения строго по оптической оси пучка излучения первого лазера (k/) = О) реализу1отся максимально выгодные условия измерения, 1382162 так как хотя величина смещения д (t) не зависит явно от угла р, но с увеличением р возрастают аберрационные искажения из-эа отличия профиля диэлектрической проницаемости среды нагретой области от 5 параболического и при p = d M/(систематическая погрешность измерения достигнет уровня > 10, Длительность импульсов первого лазера 1 и период Т их следования выбирают в 10 зависимости от реализации смещения д (t) в виде кривых 9, 10, 11. Смещение д(t) согласно кривой 11 представляет собой измерительный режим и соответствует соот- 15 ношению времен tuMn < ю vT, Т ) t T .
Если соотношение д n > д vT, имеет место зависимость смещения д(t) вида кривой 9 и время д м импульса лазера 1 уменьшают до тех пор пока не будет реали- 20 эован режим согласно кривой 10, характеризующийся соотношением времен тимп
При реализации смещения д () вида .кривой 11 измеряют время нарастания смещения д (t), которое и принимают за результат измерений времени колебательной
VT-релаксации тчт .
Для точного определения момента 0 начала смещения д (t) плоскости иэображения необходимо, чтобы к моменту прохождения импульса излучения первого лазера релаксационные процессы в исследуемом веществе после прохождения предыдущего импульса завершились (T > T:T).
Изобретение позволяет измерять время колебательной релаксации газов в ат- 45 мосферных условиях в незамкнутых объемах и с помощью малоинерционной регистрирующей аппаратуры измерять время релаксации порядка 10 с и меньше.
Формула изобретения
Способ измерения времени колебательной релаксации газов, заключающийся в облучении исследуемого газа гауссоподобным пучком излучения импульсного лазера с длиной волны, попадающей в контур линии поглощения газа, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем его применения для незамкнутых объемов газа, исследуемый газ дополнительно облучают пучком зондирующего излучения второго лазера под углом к оптической оси первого лазера, принимают пучок зондирующего излучения от второго лазера с помощью фокусирующей линзы, измеряют смещение плоскости изображения пучка второго лазера относительно фокальной плоскости линзы, причем угол р наклона между пучка первого и второго лазеров выбирают из условия где dM — диаметр пучка первого лазера;
L — расстояние между вторым лазером и фокусирующей линзой, уменьшают длительность импульсов первого лазера и увеличивают период их следования до тех пор, пока смещение плоскости изображения пучка второго лазера не перестанет зависеть от длительности и периода следования импульсов первого лазера, после чего о времени колебательной релаксации газа судят по времени нарастания смещения плоскости изображения пучка второго лазера.
1382162
Корректор И.Шмакова
Редактор
Заказ 1950 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
l(t) Составитель И.Лукин
Техред M.Ìoðlåí Tàë
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
