RU2548924C2 - Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes - Google Patents
Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548924C2 RU2548924C2 RU2013113900/28A RU2013113900A RU2548924C2 RU 2548924 C2 RU2548924 C2 RU 2548924C2 RU 2013113900/28 A RU2013113900/28 A RU 2013113900/28A RU 2013113900 A RU2013113900 A RU 2013113900A RU 2548924 C2 RU2548924 C2 RU 2548924C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refraction
- medium
- change
- gradient
- foucault knife
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическим методам и приборам. В нашем рассмотрении основной измеряемой величиной является интенсивность светового луча, падающего на вход фотоприемника. Измеряемая величина зависит от коэффициента преломления среды, через который проходит луч, и поэтому мы можем определить изменения коэффициента преломления среды.The invention relates to optical methods and devices. In our consideration, the main measured quantity is the intensity of the light beam incident on the input of the photodetector. The measured value depends on the refractive index of the medium through which the beam passes, and therefore we can determine the changes in the refractive index of the medium.
Мы рассматриваем случай, когда коэффициент преломления среды однороден в плоскости луча (см. рис.1) и меняется со временем. Такая ситуация, в частности, возникает, если фронт ударной волны плоский и параллелен плоскости рисунка 1, в которой лежит луч света.We consider the case when the refractive index of the medium is uniform in the plane of the beam (see Fig. 1) and varies with time. Such a situation, in particular, arises if the front of the shock wave is flat and parallel to the plane of Figure 1, in which the light ray lies.
Для случаев, когда показатель преломления меняется только по одной координате, разработан метод, описанный на стр.35 Книги «Теневые методы» Васильева Л.А. со ссылкой на источник: Ball G.A 5th symposium (internal.) on combustion, 1954. New York, 1955, p.366.For cases when the refractive index varies in only one coordinate, a method has been developed that is described on page 35 of the book “Shadow Methods” L. Vasilieva with reference to the source:
При исследовании нестационарных процессов, в частности в ударных трубах, в которых объект резко меняет свои характеристики, необходимо развернуть процесс во времени, получать количественные данные в течение всего эксперимента. Схема метода с фотоэлектрической регистрацией сигнала описана на стр.61 Книги «Теневые методы» Васильева Л.А. со ссылкой на источник: Васильев Л.А., Галанин А.Г., Ершов И.В. Сунцов Г.Н. Приборы и техника эксперимента, т.V-VII №3, 195 (1964). В методе, описанном в этой статье, показывается, что угол отклонения света в плоских неоднородностях линейно связан с градиентом логарифма показателя преломления газа, и кромка ножа Фуко расположена перпендикулярно направлению движения неоднородности.In the study of non-stationary processes, in particular in shock tubes, in which an object sharply changes its characteristics, it is necessary to deploy the process in time, to obtain quantitative data throughout the experiment. The scheme of the method with photoelectric signal recording is described on page 61 of the book “Shadow Methods” L. Vasilieva with reference to the source: Vasiliev L.A., Galanin A.G., Ershov I.V. Suntsov G.N. Instruments and experimental equipment, vol. V-VII No. 3, 195 (1964). In the method described in this article, it is shown that the angle of light deviation in planar inhomogeneities is linearly related to the gradient of the logarithm of the refractive index of the gas, and the edge of the Foucault knife is perpendicular to the direction of motion of the inhomogeneity.
В статье «Experimental Investigation of Air Radiation from Behind a Strong Shock Wave» Jomal of Thermophysics and Heat Transfer Vol.16, No. 1 January-March 2002 (p.77-82), описывается устройство для обнаружения положения фронта ударной волны в ударной трубе, однако это устройство позволяет определить положение фронта с точностью не более 1,1 мм и не может дать информацию о тонкой структуре фронта ударной волны.In the article "Experimental Investigation of Air Radiation from Behind a Strong Shock Wave" Jomal of Thermophysics and Heat Transfer Vol. 16, No. January 1-March 2002 (p.77-82), describes a device for detecting the position of the front of a shock wave in a shock tube, but this device allows you to determine the position of the front with an accuracy of not more than 1.1 mm and cannot provide information about the fine structure of the front of the shock the waves.
Задача изобретения - создание устройства для получения электрического сигнала, коррелированного с оптическим показателем преломления сечения исследуемой среды при нестационарных процессах.The objective of the invention is the creation of a device for producing an electrical signal correlated with the optical refractive index of the cross section of the medium under investigation during non-stationary processes.
Техническим результатом является возможность получения электрического сигнала, коррелированного с показателем преломления исследуемой среды 4, лежащей в плоскости рис.1.The technical result is the possibility of obtaining an electrical signal correlated with the refractive index of the investigated
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве (рис.1), которой представляет собой источник света 1, два прозрачных плоскопараллельных и параллельных между собой окна 3 и 5, между которыми находится среда 4 с переменным во времени показателем преломления, нож Фуко 7, щель 8, перпендикулярная кромке ножа Фуко, регистратор света 9, запоминающее устройство 10, новым является то, что угол α1 падения луча света на входное окно 3 больше нуля и что кромка ножа Фуко расположено параллельно направлению движения неоднородности.The technical result is achieved due to the fact that in the device (Fig. 1), which is a
На рис.1 представлена схема устройства и положение луча света в исходном состоянии.Fig. 1 shows a diagram of the device and the position of the light beam in the initial state.
В исходном состоянии среда слева от окна 3 однородна и имеет коэффициент преломления света n1, окна 3 и 5 однородны, плоскопараллельны и имеют равные коэффициенты преломления света n2, исследуемая среда 4 однородна и имеет коэффициент преломления света n3, среда справа от окна 5 однородна и имеет коэффициент преломления света n1. Входящий монохроматический однородный луч света 2 лежит в плоскости рисунка 1.In the initial state, the medium to the left of
При этих условиях для углов падения и углов преломления луча справедливы соотношенияUnder these conditions, for the angles of incidence and the angles of refraction of the beam, the relations
, , , ,
отсюда следует, что sinα1=sinα4, а следовательно, α1=α4 и поэтому выходящий луч параллелен входящему лучу.it follows that sinα 1 = sinα 4 , and therefore, α 1 = α 4 and therefore the output beam is parallel to the incoming beam.
Часть выходящего луча 6 по высоте задерживается ножом Фуко 7, а оставшаяся часть проходит дальше и падает на щель 8, которая ограничивает луч по ширине, затем луч попадает на фотоприемник 9 (например, ФЭУ), далее сигнал запоминается с помощью запоминающего устройства 10 (например, осциллограф). Кромку ножа Фуко обычно устанавливается в положение, при котором нож задерживает половину выходящего луча.Part of the
Все углы отклонения можно выразить через параметры устройства и величину угла падения α1:All deviation angles can be expressed in terms of the device parameters and the angle of incidence α 1 :
Выходящий луч имеет параллельное смещение в плоскости рис.1 относительно входящего луча. Величина этого смещения зависит от n2, толщины l окон, n3 и расстояния L между внутренними поверхностями окон. Вычислим вклад в это смещение, которое дает среда 4. Отклонение от перпендикуляра к поверхности окна, даваемое средой 4:
Смещение от перпендикуляра к поверхности окна, даваемое выходным окном:The offset from the perpendicular to the surface of the window, given by the output window:
является константой при постоянном α1.is a constant with constant α 1 .
Полное смещение выходящего луча относительно входящего, при условии, что толщина входного и выходного окна равны:The total offset of the output beam relative to the incoming, provided that the thickness of the input and output windows are equal to:
Смещение луча, зависящее от изменения n3, определяется первым слагаемым, второе слагаемое необходимо учитывать при конструировании установки. Таким образом, зависимость смещения луча от n3 определяется выражением:The beam offset, depending on the change in n 3 , is determined by the first term, the second term must be taken into account when designing the installation. Thus, the dependence of the beam offset on n 3 is determined by the expression:
На рис.2 показан вид сверху на схему устройства и движение луча света.Figure 2 shows a top view of the device diagram and the movement of the light beam.
На рис.3 показано положение луча при увеличении n3 - коэффициента преломления исследуемой среды 4. В этом случае уменьшился угол α2 отклонения луча в среде 4 и большая часть луча задержалась ножом Фуко.Figure 3 shows the position of the beam with an increase in n 3 , the refractive index of the medium being studied 4. In this case, the angle α 2 of the beam deflection in
В общем случае, при смещении луча нож Фуко будет задерживать большую или меньшую часть луча, и таким образом сигнал фотоприемника будет коррелировать с изменением показателя преломления исследуемой среды 4. Изменяя ширину щели, можно регулировать толщину слоя исследуемого вещества, из которого поступает свет в фотоприемник.In the general case, when the beam is shifted, the Foucault knife will delay a larger or smaller part of the beam, and thus the photodetector signal will correlate with a change in the refractive index of the medium being studied 4. By changing the width of the slit, it is possible to adjust the thickness of the layer of the studied substance from which light enters the photodetector.
Для малых углов α1 имеем: α1≈sinα1≈tgα1, For small angles α 1 we have: α 1 ≈sinα 1 ≈tgα 1 ,
поэтомуso
При изменении n3 от n31 до n32 изменение Δy будет:With a change in n 3 from n 31 to n 32, a change in Δy will be:
и если относительное изменение n3 мало, можем записать:and if the relative change in n 3 is small, we can write:
Приведенные выше соотношения показывают, что существует корреляция между сигналом фотоприемника и изменением показателя преломления в среде.The above relations show that there is a correlation between the photodetector signal and the change in the refractive index in the medium.
Заявляемое устройство отличается четырьмя отличительными признаками, влияющими на достижение технического результата.The inventive device has four distinctive features that affect the achievement of a technical result.
Первый - щель фотоприемника располагается перпендикулярно градиенту показателя преломления исследуемой среды.First, the slit of the photodetector is perpendicular to the gradient of the refractive index of the medium under study.
Второй - кромка ножа Фуко расположено параллельно градиенту показателя преломления исследуемой среды.The second - the edge of the Foucault knife is parallel to the gradient of the refractive index of the investigated medium.
Третий - смещение луча зависит не от градиента показателя преломления, а от показателя преломления исследуемой среды.Third, the beam displacement does not depend on the gradient of the refractive index, but on the refractive index of the medium under study.
Четвертый - устройство очень простое в изготовлении и наладке.Fourth, the device is very simple to manufacture and set up.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113900/28A RU2548924C2 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113900/28A RU2548924C2 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013113900A RU2013113900A (en) | 2014-10-10 |
RU2548924C2 true RU2548924C2 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53289672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013113900/28A RU2548924C2 (en) | 2013-03-28 | 2013-03-28 | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2548924C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4784494A (en) * | 1986-12-31 | 1988-11-15 | Anthony R. Torres | Method and apparatus for detecting universal and selectively concentration gradients, and for deflecting a light beam in a controlled fashion |
SU1277551A1 (en) * | 1985-03-05 | 1991-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Ан Эсср | Device for measuring optical irreqularities |
RU2269764C1 (en) * | 2004-04-26 | 2006-02-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Color system for determining values and directions of beams deflection angles |
-
2013
- 2013-03-28 RU RU2013113900/28A patent/RU2548924C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1277551A1 (en) * | 1985-03-05 | 1991-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Ан Эсср | Device for measuring optical irreqularities |
US4784494A (en) * | 1986-12-31 | 1988-11-15 | Anthony R. Torres | Method and apparatus for detecting universal and selectively concentration gradients, and for deflecting a light beam in a controlled fashion |
RU2269764C1 (en) * | 2004-04-26 | 2006-02-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | Color system for determining values and directions of beams deflection angles |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Fujita K., Sato, S., Abe T., Ebinuma Y. Experimental Investigation of Air Radiation from Behind a Strong Shock Wave, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.16, N1, 2002, pp.77-82. Васильев Л. А. Теневые методы, М., Наука, 1968, с.61. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013113900A (en) | 2014-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pardo et al. | Limits on the number of spacetime dimensions from GW170817 | |
CN106403830B (en) | The precision improvement method and apparatus of ellipsometer measurement ultra-thin film layers | |
Consortini et al. | Measuring inner scale of atmospheric turbulence by angle of arrival and scintillation | |
US20220252497A1 (en) | Method and system for measuring refractive index of particle sample by using polarization difference of scattered light distribution | |
CN109060659A (en) | A kind of detection system and detection method of optical element surface defect three-dimensional information | |
US11248904B2 (en) | Systems and methods for real time measurement of surface curvature and thermal expansion of small samples | |
JP2008076159A (en) | Method and device for inspecting internal defect | |
CN105352915A (en) | Refractive index two-dimensional distribution dynamic measurement method | |
US20180321148A1 (en) | Light reflection imaging method for acquiring optical parameters and microstructures of tissues in a large area | |
JP2016502075A (en) | Determining film thickness, refractive index, and extinction coefficient for real-time film strain determination and defect dimension measurement | |
RU2548924C2 (en) | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes | |
CN108106714A (en) | The dynamic photoelasticity ultrasonic quantitative measuring device and method of a kind of high stability | |
CN106840002A (en) | A kind of contactless plate glass thickness and apparatus for measuring refractive index and method | |
Azbukin et al. | Determination of calibration parameters of an optoelectronic precipitation gage | |
CN103983344B (en) | A kind of method for quantitative measuring of ultrasonic grating position phase amplitude | |
Oliveira et al. | Film thickness and wave velocity measurement using reflected laser intensity | |
RU2625264C2 (en) | Method for describing object characteristics comprising, at least, locally symmetry plane | |
US20210088513A1 (en) | Method and apparatus for bacterial analysis | |
Pavlov et al. | Laser visualizer of inhomogeneities in near-wall layers of a liquid | |
CN108490518A (en) | A kind of novel prism | |
Shepard et al. | Measurement of internal stress in glass articles | |
Kotov et al. | Registration of the ignition of a combustible mixture in a shock tube using a thermoelectric detector | |
US10520431B2 (en) | Particle analyzer, particle analysis method, and particle analysis program | |
JP7342223B2 (en) | Optical inspection equipment and method | |
CN111780721B (en) | Laser beam splitter grid line perpendicularity detection device and detection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160329 |