RU13095U1

RU13095U1 - DEVICE OF CONTACTLESS CONTROL OF NON-STATIONARY MICRO OBJECTS

Info

Publication number: RU13095U1
Application number: RU99120488/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Безрукова; В.В. Маклаков; В.В. Камакин
Original assignee: Безрукова Юлия Александровна; Маклаков Владимир Васильевич; Камакин Владислав Владимирович
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2000-03-20

Abstract

Устройство бесконтактного контроля нестационарности микрообъектов, содержащее последовательно установленные на общей оптической оси импульсный источник когерентного излучения, светооптическую систему, включающую светоделитель пучка электромагнитного излучения, контролируемый образец, а также светоотражающее зеркало, приемники сигналов когерентного излучения, канал считывания обработанных сигналов и дополнительный источник излучения, выполненный в виде лазера непрерывного зондирования, оптическая ось которого через систему светоотражающих зеркал связана с контролируемым образцом и каналом считывания обработанных сигналов, отличающееся тем, что оно снабжено связанным с каналом считывания обработанных сигналов многоканальным анализатором коротких аналоговых импульсов, первый оптический вход которого через первый приемник сигналов когерентного излучения и светооптическую систему связан с импульсным источником когерентного излучения, а второй оптический вход через второй приемник сигналов когерентного излучения и светооптическую систему связан с дополнительным источником излучения, при этом импульсный источник когерентного излучения через дополнительно введенный приемник сигналов когерентного излучения и усилитель пиковых импульсов присоединен к каналу считывания обработанных сигналов. A non-contact device for monitoring the non-stationarity of microobjects, which contains a pulsed coherent radiation source sequentially mounted on a common optical axis, a light-optical system including an electromagnetic beam beam splitter, a controlled sample, as well as a reflective mirror, coherent radiation signal receivers, a processed signal reading channel, and an additional radiation source made in the form of a continuous-sensing laser, whose optical axis through the reflecting mirrors is connected with a controlled sample and a processed signal reading channel, characterized in that it is equipped with a multi-channel analyzer of short analog pulses connected to the processed signal reading channel, the first optical input of which is connected to a pulsed coherent radiation source through a first receiver of coherent radiation signals, and a light-optical system and the second optical input through the second receiver of coherent radiation signals and a light-optical system is connected with a radiation source, the pulsed source of coherent radiation through an additionally inserted receiver of signals of coherent radiation and an amplifier of peak pulses connected to the reading channel of the processed signals.

Description

Устройство бесконтактного контроля нестационарности микрообъектов.The device of non-contact control of non-stationary micro-objects.

Полезная модель относится к технической физике, в частности, к устройствам для обработки информации и может быть использована для дистанционного измерения концентрации и контроля состояния газообразных и жидких сред, содержащих нримеси.The utility model relates to technical physics, in particular, to devices for processing information and can be used to remotely measure the concentration and control the state of gaseous and liquid media containing mixtures.

Известно устройство для оиределения компонент тензора плоских фазовых объектов, содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси оптический квантовый генератор (ОКГ), светоделитель, расщепляющий световой пучок ОКГ на предметный и опорный пучки, а также последовательно расположенные по оптической оси тракта предметного пучка расщирительная линза, диффузор, плоский фазовый объект, линза преобразования Фурье и пространственньпТ фильтр, при этом в оптическом тракте опорного пучка последовательно расположены отклоняющее зеркало и коллиматор (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 567946, кл. G 03 Н 1/16, 1975),A device is known for determining the components of the tensor of flat phase objects, comprising an optical quantum generator (OCG) sequentially located on the same optical axis, a beam splitter that splits the OCG light beam into the object and reference beams, and also a expansion lens, diffuser, sequentially located along the optical axis of the object beam path , a flat phase object, a Fourier transform lens and a spatial T filter, while in the optical path of the reference beam are deflected in series mirror and collimator (see., e.g., the description to Author's Certificate USSR № 567946, cl. G 03 H 1/16, 1975),

Однако такое устройство имеет достаточно ограниченную область использования ввиду того, что позволяет анализировать лищь двумерные объекты.However, such a device has a rather limited area of use due to the fact that it allows you to analyze two-dimensional objects.

Известно также устройство бесконтактного контроля нестационарности микрообъектов, содержащее последовательно установленные на общей оптической оси импульсный источник когерентного излучения, светоделитель пучка электромагнитного излучения, контролируемый образец, а также светоотражающее зеркало, приемник сигналов когерентного излучения и канал считывания обработанных сигналов (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 1729229, кл. G 03 Н 1 / 16, 1984).Also known is a non-contact device for monitoring the unsteadiness of micro-objects, which contains a pulsed coherent radiation source, a beam splitter of an electromagnetic radiation, a controlled sample, as well as a reflective mirror, a receiver of coherent radiation signals and a reading channel for processed signals (see, for example, the invention) to the USSR author's certificate No. 1729229, class G 03 H 1/16, 1984).

GOl Н 1 / 14 GOl H 1/14

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа устройство бесконтактного контроля нестационарности микрообъектов, содержащее последовательно установленные на общей оптической оси импульсный источник когерентного излучения, светооптическую систему, включающую светоделитель пучка электромагнитного излучения, контролируемый образец, а также светоотражающее зеркало, приемники сигналов когерентного излучения, канал считывания обработанных сигналов и дополнительный источник излучения, выполненный в виде лазера непрерывного зондирования, оптическая ось которого через систему светоотражающих зеркал связана с контролируемым образцом и каналом считывания обработанных сигналов (см., например, описание полезной модели РФ № 0009304, кл, G 03 Н I / 16, 1999),The closest known from its technical essence and achieved result is a non-contact device for the non-stationary monitoring of microobjects selected as a prototype, which contains a pulsed coherent radiation source sequentially mounted on the common optical axis, a light-optical system, including a beam splitter of an electromagnetic radiation beam, a controlled sample, and also a reflective mirror , coherent radiation signal receivers, reading channel of processed signals and up to An additional radiation source made in the form of a continuous-sensing laser, the optical axis of which is connected through a system of reflective mirrors to a controlled sample and a reading channel for processed signals (see, for example, the description of the utility model of the Russian Federation No. 0009304, class G 03 H I / 16, 1999 ),

К недостатку данного устройства можно отнести мгновенное определение состояния контролируемой среды, которое может существенно изменяться во времени.The disadvantage of this device is the instant determination of the state of the controlled environment, which can vary significantly over time.

Сущность заявляемой полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой полезной моделью технического результата, который выражается в повыщении эффективности устройства за счет обеспечения возможности контроля информации о быстропротекающих процессах в трехмерных средах в реальном времени.The essence of the claimed utility model is expressed in the aggregate of essential features sufficient to achieve the technical result provided by the proposed utility model, which is expressed in increasing the efficiency of the device by providing the ability to control information about fast processes in three-dimensional environments in real time.

Новизна предложенного устройства усматривается в том, что оно снабжено связанным с каналом считывания обработанных сигналов многоканальным анализатором коротких аналоговых импульсов, первый оптический вход которого через первый приемник сигналов когерентного излучения и светооптическую систему связан с импульсным источником когерентного излучения, а второй оптический вход через второй приемник сигналов когерентного излучения и светооптическую систему связан с дополнительным источником излучения, при этом импульсный источник когерентного излучения через дополнительно введенный приемник сигналов когерентного излучения и усилитель пиковых импульсов присоединен к каналу считывания обработанных сигналов.The novelty of the proposed device is seen in the fact that it is equipped with a multi-channel analyzer of short analog pulses connected to the reading channel of the processed signals, the first optical input of which is connected to the pulsed coherent radiation source through the first receiver of coherent radiation signals and the second optical input, and the second optical input through the second signal receiver coherent radiation and the optical system is connected with an additional radiation source, while the pulsed source erentnogo radiation through additionally introduced receiver coherent light signals, and the peak pulse power is connected to the read channel processed signals.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию новизна, так как оно не известно из уровня техники.Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of novelty, since it is not known from the prior art.

Предложенное устройство является промышленно применимым, поскольку может быть реализовано существующими техническими средствами.The proposed device is industrially applicable, since it can be implemented by existing technical means.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.Thus, the proposed technical solution meets the established conditions of patentability of a utility model.

Других известных технических рещений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.The applicant has not found other known technical solutions of a similar purpose with similar essential features.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.The drawing shows a block diagram of the proposed device.

Устройство бесконтактного контроля нестационарности микрообъектов содержит два контура обработки информации: оптический и электрический.The non-contact device for monitoring the unsteadiness of micro-objects contains two information processing loops: optical and electrical.

В оптический контур обработки информации входят образующие оптическую систему источник 1 когерентного излучения в виде оптического квантового генератора инфра-красного излучения, формирующего импульсные пространственные фильтры и зондирующий светоделительную пластину 2, снабженный блоком управления и модулятором когерентного излучения, подключенными к импульсному источнику когерентного излучения (не показаны), контролируемый образец (не показан), телескоп 3 Кассегрена для уменьшения расхождения ИК-лазерного пучка, светооптическую систему, включающую светоделительную пластину 4 для разделения инфракрасного лазерного излучения на два луча, отражатель 5, параболическое зеркало 6 и приемники сигналов когерентного излучения 7 и 8, выполненные в виде фотоприемников.The optical information processing loop includes the coherent radiation source 1 forming the optical system in the form of an optical quantum infrared radiation generator forming spatial pulsed filters and probing beam splitter plate 2, equipped with a control unit and a coherent radiation modulator connected to a pulsed coherent radiation source (not shown ), a controlled sample (not shown), the Cassegrain telescope 3 to reduce the divergence of the IR laser beam, optical a system including a beam splitter plate 4 for dividing infrared laser radiation into two beams, a reflector 5, a parabolic mirror 6, and coherent radiation signal receivers 7 and 8, made in the form of photodetectors.

Устройство снабжено дополнительным импульсным источником 9 излучения, выполненный в виде лазера непрерывного зондирования, оптическая ось которого через модулятор 10 управления фазой когерентного излучения и светооптическуюThe device is equipped with an additional pulsed radiation source 9, made in the form of a continuous sensing laser, the optical axis of which through the modulator 10 controls the phase of coherent radiation and optical

систему 11 связана с контролируемым образцом(не показан) и приемником 12 сигналов когерентного излучения.system 11 is associated with a controlled sample (not shown) and a receiver 12 of coherent radiation signals.

В электрический контур обработки информации входят приемники 7,8 и 12 сигналов когерентного излучения, многоканальный анализатор 13 коротких аналоговых импульсов, усилитель пиковых импульсов 14 и канал 15 считывания обработанных сигналов, выполненный в виде последовательно соединенных блока сравнения (не показан), аналого-цифрового преобразователя 16 и персональной ЭВМ 17.The information processing electric circuit includes receivers 7.8 and 12 of coherent radiation signals, a multi-channel analyzer 13 of short analog pulses, a peak pulse amplifier 14 and a processed signal read channel 15 made in the form of series-connected comparison unit (not shown), an analog-to-digital converter 16 and personal computer 17.

Кроме этого, первый оптический вход многоканального анализатора 13 коротких аналоговых импульсов через приемник 7 сигналов когерентного излучения и светооптическую систему 4-5-6 связан с импульсным источником 1 когерентного излучения, а второй оптический вход через приемник 8 сигналов когерентного излучения и светооптическую систему 11 связан с дополнительным импульсным источником 9 когерентного излучения, при этом импульсный источник 1 когерентного излучения через приемник 12 сигналов когерентного излучения и усилитель 14 пиковых импульсов присоединен к каналу 15 считывания обработанных сигналов.In addition, the first optical input of the multi-channel analyzer 13 short analog pulses through the receiver 7 of the coherent radiation signals and the optical system 4-5-6 is connected to the pulsed source 1 of coherent radiation, and the second optical input through the receiver 8 of the coherent radiation signals and the optical system 11 is connected to an additional pulse source 9 of coherent radiation, while the pulse source 1 of coherent radiation through the receiver 12 signals of coherent radiation and the amplifier 14 peak pulse s connected to the channel 15 read the processed signals.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Исследуемый фазовый контролируемый образец (не показан) помещается перед источником 1 когерентного излучения, импульсы которого зондируют фазовые структуры и которое посредством светоделительного зеркала 4 разделяется на два пуча, первый из которых через светооптическую систему 4-5-6 подается в приемник 7 сигналов когерентного излучения, где преобразуется в пропорциональный электрический сигнал, и через усилитель 14 пиковых импульсов поступает в канал 15 считывания обработанных сигналов, а второй луч также через светооптическую систему 4-5-6 подается в приемник 8 сигналов когерентного излучения, преобразуется в соответствующий пропорциональный электрический сигнал и через многоканальv Ao.;./The investigated phase controlled sample (not shown) is placed in front of the coherent radiation source 1, the pulses of which probe the phase structures and which are divided into two beams by means of a beam splitting mirror 4, the first of which is supplied through the light-optical system 4-5-6 to the receiver 7 of coherent radiation signals, where it is converted into a proportional electrical signal, and through the amplifier 14 peak pulses enters the channel 15 for reading the processed signals, and the second beam also through the optical system 4- 5-6 is supplied to the receiver 8 of coherent radiation signals, is converted into the corresponding proportional electrical signal and through multi-channel Ao.; ./

4 4

ный анализатор 13 коротких аналоговых импульсов также поступает в канал 15 считывания обработанных сигналов.An analyzer 13 of short analog pulses also enters the channel 15 for reading the processed signals.

Наряду с этим излучение от дополнительного импульсного источника 9 через отражающее зеркало светоотражающей системы 11 также направляется на контролируемый образец, где посредством подачи управляющего сигнала на пьезокерамический элемент модулятора 10 управления фазой когерентного опорного пучка образуется волновое поле в диапазоне от - л / 2 до 4- тг /2, рассеянное на фазовой структуре, индуцирующее в контролируемом образце пространственные динамические фильтры, осуществляя преобразование дифрагированного на пространственных динамических фильтрах оптического когерентного излучения в электрический сигнал, который далее преобразуется в пропорциональный электрический сигнал в приемнике 12 сигналов, поступающий через многоканальный анализатор коротких аналоговых импульсов в канал считывания обработанных сигналов, в котором электрический сигнал преобразуется в цифровой код и накапливается с подавлением сигналов когерентного шума.Along with this, radiation from an additional pulsed source 9 through the reflecting mirror of the retro-reflecting system 11 is also directed to a controlled sample, where by supplying a control signal to the piezoceramic element of the coherent reference beam phase control modulator 10, a wave field is generated in the range from - l / 2 to 4-tg / 2, scattered on the phase structure, inducing spatial dynamic filters in the controlled sample, transforming diffracted on spatial dynamics FIR filters optical coherent radiation into an electrical signal, which is then converted into a proportional electrical signal to the receiver 12 the signal coming through multichannel analyzer short analog pulses in the channel reading the processed signals, wherein the electrical signal is converted to a digital code, and accumulates the suppression of signals of the coherent noise.

В результате интерференции указанных когерентных пучков с фазой О и фазой л: / 2 в нестационарных микрообъектах контролируемого образца индуцируются пространственные фильтры, смещенные при каждом последующем импульсе на я / 2.As a result of the interference of these coherent beams with phase O and phase l: / 2 in unsteady microobjects of the controlled sample, spatial filters are induced, which are shifted by π / 2 at each subsequent pulse.

Непрерывное когерентное излучение дифрагирует на динамических пространственных фильтрах и когерентно складывается с сигналами опорного когерентного пучка от импульсного источника 1 инфракрасного излучения.Continuous coherent radiation is diffracted by dynamic spatial filters and coherently added to the signals of the reference coherent beam from the pulsed source 1 of infrared radiation.

Перераспределение потоков обрабатываемой информации между оптическим и электрическим контурами обработки информации позволит повысить чувствительность и быстродействие устройства.The redistribution of the flows of processed information between the optical and electrical circuits of information processing will increase the sensitivity and speed of the device.

Применение предложенноего устройства позволяет непосредственно осуществлять прямое измерение корреляционных функций, которые содержат информацию об изменениях и динамики фазовой структуры трехмерных сред в реальном времениThe application of the proposed device allows direct measurement of correlation functions that contain information about changes and dynamics of the phase structure of three-dimensional media in real time

и, в частности, по ним судить о концентрации искомых примесей, которые достаточно трудно обнаружить классическим спектральным методом.and, in particular, they can be used to judge the concentration of the desired impurities, which are rather difficult to detect by the classical spectral method.

Claims

A non-contact device for monitoring the non-stationarity of microobjects, which contains a pulsed coherent radiation source sequentially mounted on a common optical axis, a light-optical system including an electromagnetic beam beam splitter, a controlled sample, as well as a reflective mirror, coherent radiation signal receivers, a processed signal reading channel, and an additional radiation source made in the form of a continuous-sensing laser, whose optical axis through the reflecting mirrors is connected with a controlled sample and a processed signal reading channel, characterized in that it is equipped with a multi-channel analyzer of short analog pulses connected to the processed signal reading channel, the first optical input of which is connected to a pulsed coherent radiation source through a first receiver of coherent radiation signals, and a light-optical system and the second optical input through the second receiver of coherent radiation signals and a light-optical system is connected with a radiation source, the pulsed source of coherent radiation through an additionally inserted receiver of signals of coherent radiation and an amplifier of peak pulses connected to the reading channel of the processed signals.