RU2344409C1 - Visualiser of density irregularities of medium - Google Patents
Visualiser of density irregularities of medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344409C1 RU2344409C1 RU2007136531/28A RU2007136531A RU2344409C1 RU 2344409 C1 RU2344409 C1 RU 2344409C1 RU 2007136531/28 A RU2007136531/28 A RU 2007136531/28A RU 2007136531 A RU2007136531 A RU 2007136531A RU 2344409 C1 RU2344409 C1 RU 2344409C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- photodetector
- beam splitter
- information processing
- protective
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптико-электронным приборам, основанным на методе Фуко-Теплера и используемым для исследования градиента показателя преломления оптически прозрачных сред (жидкостей, газов).The invention relates to optical instrumentation, namely to optoelectronic devices based on the Foucault-Tepler method and used to study the gradient of the refractive index of optically transparent media (liquids, gases).
Известен проточный рефрактометр, предназначенный для анализа жидких и газообразных веществ, путем измерения показателя преломления, и содержащий последовательно установленные осветительную систему, состоящую из источника света и конденсора, объектив и зеркало (отражатель), расположенное в исследуемой среде, а также теневой нож и систему обработки информации (см. авт. св. СССР №911251, опубл. 07.03.82 г., бюллетень №9). Осветительная система вынесена относительно оптической оси. Автоколлиматор включает щель (диафрагму) в виде полосы с краями, расположенной в фокальной плоскости объектива, а также зеркало, выполненное в виде двугранного угла с гранями. В фокальной плоскости объектива помещен теневой нож. Каждая кромка ножа размещена между линиями, сопряженными объективом и каждой гранью зеркала с краями щели автоколлиматора, при этом величина двугранного угла α выбрана из условия 
где n - показатель преломления исследуемой среды, что соответствует условию отсутствия полного внутреннего отражения на входе светового пучка в воздушный промежуток между иллюминатором и объективом. Между автоколлимационным зеркалом и иллюминатором находится просмотровый объем, через который проходит поток исследуемого вещества. Иллюминатор защищает объектив от действия на него анализируемого потока вещества.where n is the refractive index of the investigated medium, which corresponds to the condition of the absence of total internal reflection at the entrance of the light beam into the air gap between the porthole and the lens. Between the autocollimation mirror and the window there is a viewing volume through which the flow of the test substance passes. The porthole protects the lens from the action of the analyzed substance flow on it.
В известном проточном рефрактометре в качестве полезного сигнала фиксируется смещение изображения щели в плоскости теневого ножа с помощью системы обработки информации.In a known flow refractometer, as a useful signal, the image shift of the slit in the plane of the shadow knife is detected using an information processing system.
Принцип действия известного проточного рефрактометра основан на том, что в плоскости теневого ножа образуется два изображения щели. Одно изображение формируется гранью зеркала, расположенной перпендикулярно оптической оси системы на расстоянии L от иллюминатора. Второе изображение щели формируется наклонной гранью зеркала.The principle of operation of a known flow refractometer is based on the fact that two slit images are formed in the plane of the shadow knife. One image is formed by the face of the mirror, perpendicular to the optical axis of the system at a distance L from the porthole. The second image of the slit is formed by the inclined face of the mirror.
Расстояние l между двумя изображениями щели в плоскости ножа определяется по формулеThe distance l between two images of the slit in the plane of the knife is determined by the formula
l=2n(π-α)f,l = 2n (π-α) f,
где n - показатель преломления среды, находящейся внутри анализируемого просмотрового объема,where n is the refractive index of the medium inside the analyzed viewing volume,
α - угол двугранного угла,α is the angle of the dihedral angle,
f - фокусное расстояние объектива.f is the focal length of the lens.
Расстояние l зависит от величины двугранного угла и от абсолютного значения показателя преломления n вещества, проходящего через просмотровый объем. В зависимости от величины показателя преломления n, часть изображения диафрагмы (щели) от наклонной грани зеркала выходит из-за ножа, при неизменном положении изображения диафрагмы от нормальной грани зеркала. Изменение светового потока, выходящего из-за ножа, пропорционально показателю преломления n и фиксируется системой обработки информации.The distance l depends on the dihedral angle and on the absolute value of the refractive index n of the substance passing through the viewing volume. Depending on the value of the refractive index n, a part of the image of the diaphragm (slit) from the oblique face of the mirror comes out from behind the knife, at a constant position of the image of the diaphragm from the normal face of the mirror. The change in the light flux coming out from behind the knife is proportional to the refractive index n and is fixed by the information processing system.
Данная схема построения проточного рефрактометра обладает свойством повышенной виброустойчивости по отношению к поперечным вибрациям элементов схемы. Вибрационные смещения элементов схемы приводят к смещениям обоих изображений щели на одинаковую величину. Если по причине вибрации изображение щели, сформированное нормальной гранью зеркала, выйдет из-за ножа (зайдет за нож), световой поток, попадающий на систему обработки информации, с этой стороны увеличивается (уменьшается). При этом, на такую же величину изображение от наклонной грани зеркала зайдет за нож (выйдет из-за ножа), и световой поток в этой части кромки ножа уменьшается (увеличивается) таким образом, что компенсирует изменение потока на другой кромке ножа. Суммарный световой поток, проходящий при этом через нож, остается постоянным.This scheme of constructing a flow refractometer has the property of increased vibration resistance with respect to the transverse vibrations of the circuit elements. Vibrational displacements of circuit elements lead to displacements of both slit images by the same amount. If, due to vibration, the image of the slit formed by the normal face of the mirror comes out from behind the knife (goes behind the knife), the luminous flux entering the information processing system increases (decreases) from this side. At the same time, the image from the inclined edge of the mirror will go into the knife by the same amount (it will come out from behind the knife), and the light flux in this part of the knife edge decreases (increases) in such a way that compensates for the change in the flux on the other edge of the knife. The total luminous flux passing through the knife remains constant.
К недостаткам известного проточного рефрактометра относится то, что он лишь по одной координате (расположенной в вертикальной плоскости) обладает свойством повышенной виброустойчивости по отношению к поперечным вибрациям. По другой координате (расположенной в горизонтальной плоскости) вибрации отдельных частей оптической системы, например, щели, автоколлимационного объектива, проточной кюветы и автоколлимационного зеркала друг относительно друга не компенсируются. Это вызывает смещение щели при отсутствии полезного сигнала, что приводит к появлению шумового вибрационного фона, вызывающего повышение величины порога чувствительности известного прибора. Кроме того, принципиальная неравномерность яркости светового пятна в плоскости теневого ножа не позволяет полностью устранить влияние вибраций.The disadvantages of the known flow refractometer include the fact that it has only one coordinate (located in a vertical plane) that has the property of increased vibration resistance with respect to transverse vibrations. According to another coordinate (located in the horizontal plane), the vibrations of individual parts of the optical system, for example, the slit, the autocollimation lens, the flow cell, and the autocollimation mirror, are not compensated relative to each other. This causes a shift of the slit in the absence of a useful signal, which leads to the appearance of a noise vibration background, causing an increase in the sensitivity threshold of a known device. In addition, the fundamental unevenness of the brightness of the light spot in the plane of the shadow knife does not completely eliminate the influence of vibrations.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является дистанционный теневой визуализатор плотностных неоднородностей морской воды (см. авт. св. СССР №746260, опубл. 07.07.80 г., бюллетень №25), содержащий источник излучения, проекционный конденсор, диафрагму, выполненную в виде зеркального ножа, привод дистанционного управления, вторую диафрагму, фотоприемник, головной объектив, защитный иллюминатор, зеркало, проекционный объектив, светоделительную пластину, передающую телевизионную камеру, приемную телевизионную установку, фотоприемник, коммутатор, фильтр нижних частот и измерительный прибор.Closest to the proposed technical solution is a remote shadow visualizer of density inhomogeneities of sea water (see ed. St. USSR No. 746260, published 07.07.80, Bulletin No. 25) containing a radiation source, a projection condenser, a diaphragm made in the form mirror knife, remote control drive, second diaphragm, photodetector, head lens, security porthole, mirror, projection lens, beam splitter plate, transmitting television camera, receiving television installation, photo reception minicom, switch, low pass filter and measuring instrument.
К недостаткам данного устройства относится то, что вибрация отдельных частей оптической теневой системы, например, источника излучения, головного объектива и автоколлимационного зеркала друг относительно друга вызывает смещение изображения диафрагмы при отсутствии полезного сигнала, что приводит к появлению шумового вибрационного фона, вызывающего повышение величины порога чувствительности устройства. Также может иметь место постоянный сдвиг (наклон) элементов устройства, приводящий к систематической погрешности измерения, переменной во времени.The disadvantages of this device include the fact that the vibration of individual parts of the optical shadow system, for example, a radiation source, a head lens and an autocollimation mirror relative to each other, causes the image to shift in the absence of a useful signal, which leads to the appearance of a noise vibration background, causing an increase in the sensitivity threshold devices. There may also be a constant shift (tilt) of the elements of the device, leading to a systematic measurement error, variable over time.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение точности измерения за счет уменьшения вибрационной погрешности измерения.The technical result of the proposed solution is to increase the measurement accuracy by reducing the vibrational measurement error.
Это достигается тем, что визуализатор плотностных неоднородностей среды, содержащий систему излучения, автоколлиматор, включающий диафрагму, головной объектив и отражатель, а также первый защитный иллюминатор, первую светоделительную призму, фотоприемник, передающую телевизионную камеру, блок обработки информации и устройство регистрации изображений, отличается тем, что отражатель выполнен в виде матрицы, состоящей из триппель - призм, перед отражателем в просмотровом объеме дополнительно установлен второй защитный иллюминатор, также оптическая система визуализатора снабжена второй светоделительной призмой, между которыми в фокальной плоскости головного объектива установлен теневой нож, причем за диафрагмой установлено зеркало, между первой светоделительной призмой и фотоприемником и первой светоделительной призмой и передающей телевизионной камерой установлены первый и второй проекционные объективы соответственно, при этом выход фотоприемника соединен с входом блока обработки информации, а выход передающей телевизионной камеры - с входом устройства регистрации изображений.This is achieved by the fact that the visualizer of the density inhomogeneities of the medium, containing a radiation system, an autocollimator including a diaphragm, a head lens and a reflector, as well as a first protective porthole, a first beam-splitting prism, a photodetector transmitting a television camera, an information processing unit and an image registration device, that the reflector is made in the form of a matrix consisting of triple-prisms, in front of the reflector in the viewing volume, a second protective porthole is additionally installed, also The optical system of the visualizer is equipped with a second beam-splitting prism, between which a shadow knife is installed in the focal plane of the head lens, with a mirror mounted behind the diaphragm, and the first and second projection lenses, respectively, are installed between the first beam-splitting prism and the photodetector and the transmitting television camera, respectively, while the output of the photodetector is connected to the input of the information processing unit, and the output of the transmitting television camera is connected to the input of the register device ation images.
Представленные иллюстрации поясняют суть предлагаемого технического решения. На фиг.1 представлена функциональная схема визуализатора плотностных неоднородностей среды, на фиг.2 - конструкция отражателя, состоящего из набора триппель - призм (вид сверху и вид сбоку).The presented illustrations explain the essence of the proposed technical solution. Figure 1 presents the functional diagram of the visualizer of density inhomogeneities of the medium, figure 2 - design of the reflector, consisting of a set of triple-prisms (top view and side view).
Визуализатор плотностных неоднородностей среды (фиг.1) содержит систему 1 излучения, состоящую из полупроводникового лазера и конденсора, автоколлиматор, включающий диафрагму 2, головной объектив 3 и отражатель 4, первый и второй защитный иллюминаторы 5 и 6 соответственно, первую и вторую светоделительные призмы 7 и 8, фотоприемник 9, передающую телевизионную камеру 10, блок 11 обработки информации и устройство 12 регистрации изображений. Отражатель 4 выполнен в виде прямоугольной (или квадратной) матрицы, состоящей из триппель - призм с размером, соизмеримым либо меньшим величины геометрического разрешения визуализатора. Между первым и вторым защитными иллюминаторами 5 и 6 находится просмотровый объем 13. Первый и второй защитные иллюминаторы 5 и 6 защищают головной объектив 3 и отражатель 4, соответственно, от действия на них анализируемого потока среды. Между первой и второй светоделительными призмами 7 и 8 в фокальной плоскости головного объектива 3 установлен теневой нож 14. За диафрагмой 2 в фокальной плоскости головного объектива 3 установлено зеркало 15. Между первой светоделительной призмой 7 и фотоприемником 9 и первой светоделительной призмой 7 и передающей телевизионной камерой 10 установлены первый и второй проекционные объективы 16 и 17 соответственно, при этом выход фотоприемника 9 соединен со входом блока 11 обработки информации, а выход передающей телевизионной камеры 10, выполненной на ПЗС матрице, - со входом устройства 12 регистрации изображений.The visualizer of the density inhomogeneities of the medium (Fig. 1) contains a radiation system 1 consisting of a semiconductor laser and a condenser, an autocollimator including a diaphragm 2, a head lens 3 and a reflector 4, the first and second protective portholes 5 and 6, respectively, the first and second beam-splitting prisms 7 and 8, a photodetector 9 transmitting a television camera 10, an
Визуализатор плотностных неоднородностей среды работает следующим образом.The visualizer of density inhomogeneities of the medium works as follows.
Система 1 излучения, состоящая из полупроводникового лазера и конденсора, формирует световой пучок, который через диафрагму 2 проецируется в плоскость зеркала 15, а затем направляется на вторую светоделительную призму 8. Параллельный световой пучок, сформированный головным объективом 3, через первый защитный иллюминатор 5 поступает в просмотровый объем 13 исследуемой среды. Затем световой пучок проходит через второй защитный иллюминатор 6 и, отразившись от отражателя 4 (фиг.2), проходит снова через второй защитный иллюминатор 6, просмотровый объем 13, первый защитный иллюминатор 5, головной объектив 3 и вторую светоделительную призму 8, попадая в плоскость теневого ножа 14. В плоскости ножа 14 формируется изображение тела излучения полупроводникового лазера системы 1 излучения. Первый проекционный объектив 16 совместно с головным объективом 3 и отражателем 4 формирует изображение сечения середины исследуемого объема среды в плоскости фотоприемника 9, а второй проекционный объектив 17 совместно с головным объективом 3 и отражателем 4 отображает сечение середины исследуемого объема среды в плоскости ПЗС матрицы передающей телевизионной камеры 10. При наличии в просмотровом объеме 13 плотностных неоднородностей среды световой пучок деформируется, и его часть, а не половина, попадает через первую светоделительную призму 7 и через первый проекционный объектив 16 на фотоприемник 9 и через второй проекционный объектив 17 на ПЗС матрицу телевизионной камеры 10. Сигнал с выхода фотоприемника 9 попадает на вход блока 11 обработки информации, а сигнал с выхода передающей телевизионной камеры 10 попадает на вход устройства 12 регистрации изображений. В блоке 11 обработки информации осуществляется усиление электрического сигнала, снимаемого с выхода фотоприемника 9, величина которого пропорциональна значению градиента оптических неоднородностей среды, находящейся в просмотровом объеме 13. В устройстве 12 регистрации изображений производится запись изображений исследуемой среды, находящейся в просмотровом объеме 13, которые затем воспроизводятся на экране монитора.The radiation system 1, consisting of a semiconductor laser and a condenser, generates a light beam, which is projected through the diaphragm 2 into the plane of the mirror 15, and then sent to the second beam-splitting prism 8. A parallel light beam formed by the head lens 3, through the first protective porthole 5 enters viewing volume 13 of the investigated environment. Then the light beam passes through the second protective porthole 6 and, reflected from the reflector 4 (figure 2), passes again through the second protective porthole 6, viewing volume 13, the first protective porthole 5, the head lens 3 and the second beam-splitting prism 8, falling into the plane shadow knife 14. In the plane of the knife 14, an image of the radiation body of the semiconductor laser of the radiation system 1 is formed. The first projection lens 16 together with the head lens 3 and the reflector 4 forms an image of the cross section of the middle of the investigated volume of the medium in the plane of the photodetector 9, and the second projection lens 17 together with the head lens 3 and the reflector 4 displays the cross section of the middle of the studied volume of the medium in the plane of the CCD matrix of the transmitting television camera 10. If there are 13 density inhomogeneities of the medium in the viewing volume, the light beam is deformed, and part of it, and not half, enters through the first beam splitter at zoom 7 and through the first projection lens 16 to the photodetector 9 and through the second projection lens 17 to the CCD matrix of the television camera 10. The signal from the output of the photodetector 9 goes to the input of the
Предлагаемое устройство прошло опытную проверку и показало повышение точности измерения оптических неоднородностей за счет уменьшения вибрационной погрешности измерения в 2,4 раза.The proposed device passed an experimental test and showed an increase in the accuracy of measuring optical inhomogeneities by reducing the vibrational measurement error by 2.4 times.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007136531/28A RU2344409C1 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Visualiser of density irregularities of medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007136531/28A RU2344409C1 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Visualiser of density irregularities of medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2344409C1 true RU2344409C1 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007136531/28A RU2344409C1 (en) | 2007-10-02 | 2007-10-02 | Visualiser of density irregularities of medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2344409C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108801439A (en) * | 2018-07-10 | 2018-11-13 | 河海大学常州校区 | A kind of sound field measuring device and measurement method |
| CN109246349A (en) * | 2018-11-14 | 2019-01-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | High-quality super-resolution area array imaging camera and imaging method |
| CN114112791A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-01 | 广州市元奥仪器有限公司 | Portable double-optical-path schlieren instrument |
-
2007
- 2007-10-02 RU RU2007136531/28A patent/RU2344409C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108801439A (en) * | 2018-07-10 | 2018-11-13 | 河海大学常州校区 | A kind of sound field measuring device and measurement method |
| CN109246349A (en) * | 2018-11-14 | 2019-01-18 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | High-quality super-resolution area array imaging camera and imaging method |
| CN109246349B (en) * | 2018-11-14 | 2020-02-28 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | High-quality super-resolution area array imaging camera and imaging method |
| CN114112791A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-01 | 广州市元奥仪器有限公司 | Portable double-optical-path schlieren instrument |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204535899U (en) | Glass surface stress detection device | |
| US11668567B2 (en) | Surveying instrument | |
| CN1168971C (en) | Method for measuring double refraction and its device | |
| CN107561007A (en) | A kind of measured thin film apparatus and method | |
| CN107843412A (en) | Optical detection system and optical detection device | |
| CN105758566B (en) | Glass surface stress meter | |
| CN111566543A (en) | Imaging method and apparatus using circularly polarized light | |
| RU2344409C1 (en) | Visualiser of density irregularities of medium | |
| CN100520295C (en) | Optical inclinometer | |
| EP1441211A2 (en) | Apparatus for measuring residual stress in optical fiber | |
| CN209283391U (en) | The lens detecting device of distance element | |
| CN105043305B (en) | A kind of Quantum Correlation autocollimator and angle-measuring method | |
| JP2015137927A (en) | imaging device and inspection system | |
| US9632023B2 (en) | V-block refractometer | |
| CN204166209U (en) | A kind of polarising means and glass strain pick-up unit | |
| RU2478185C1 (en) | Apparatus for determining spatial orientation of objects | |
| JP3597946B2 (en) | Single pulse autocorrelator | |
| SU1739357A1 (en) | Camera test unit | |
| RU2196299C2 (en) | Facility measuring characteristics of transparent in homogeneities | |
| SU303507A1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING SURFACE POSITION | |
| SU911251A1 (en) | Channel refractometer | |
| SU746260A1 (en) | Remote shadow visualiser for sea-water density irregularities | |
| JP2005121449A (en) | Tilt sensor | |
| WO2017114122A1 (en) | Glass surface stress meter | |
| JP3365881B2 (en) | Lens refractive index inspection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120807 |