SU1402850A1 - Method of determining diemensions of brownian particles - Google Patents
Method of determining diemensions of brownian particles Download PDFInfo
- Publication number
- SU1402850A1 SU1402850A1 SU864034463A SU4034463A SU1402850A1 SU 1402850 A1 SU1402850 A1 SU 1402850A1 SU 864034463 A SU864034463 A SU 864034463A SU 4034463 A SU4034463 A SU 4034463A SU 1402850 A1 SU1402850 A1 SU 1402850A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- radiation
- medium
- particles
- length
- macro
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к оптике рассеивающих сред и может быть использовано дл экспрессного определени по обратно рассе нному излучению размеров частиц по трассе зондировани в макронеоднородных средах с присущим каждой неоднородности своим размером образующих ее частиц. Цель - расширение области применени путем определени размеров частиц в макронеоднородных средах. Способ заключаетс в использовании свойства ограниченной временной когерентности многомодовых лазеров. Излучение лазера направл етс в интерферометр Май- кельсона, в одном из плеч которого вместо зеркала расположена исследуема среда. Обратно рассе нньй свет смешиваетс в плоскости приема с опорной волной, привод к образоваш-по интерференционных флуктуации интен- . сивности. Однако вследствие ограниченной длины когерентности ul. последние обусловлены взаимодействием с опорной волной лишь части рассе нного излучени , приход щего из объема среды прот женностью пор дка Л1 с глубины, определ емой длиной опорного пл еча. Измер ее величину и измер вс кий раз полуширину спектра мощности флуктуации, рассчитываютс размеры частнц на каждой глубине макронеоднородной среды с разрешением пор дка длины когерентности излучени . 2 ил. i (Л IND 00 елThe invention relates to optics of scattering media and can be used for the rapid determination of the particle size along the sounding path in macro-inhomogeneous media using backscattered radiation with its own inherent particle size. The goal is to expand the field of application by determining the size of particles in macro-inhomogeneous media. The method is to use the property of the limited temporal coherence of multimode lasers. The laser radiation is directed to a Michelson interferometer, in one of the arms of which, instead of a mirror, is the studied medium. The backward scattering of the light is mixed in the plane of reception with the reference wave, leading to the formation of intense intensities due to interference fluctuations. sivosti. However, due to the limited coherence length of ul. the latter are due to the interaction with the reference wave of only a part of the scattered radiation coming from the volume of the medium in the order of length L1 from a depth determined by the length of the reference plate. Measuring its magnitude and measuring each half the width of the power spectrum of fluctuations, the sizes of the particles at each depth of the macro-inhomogeneous medium are calculated with resolution equal to the coherence length of the radiation. 2 Il. i (lind 00 ate
Description
Изобретение относитс к оптике рассеивающих сред и может быть использовано дл экспрессного определени по обратно рассе нному излучению размеров частиц по трассе зондировани в макронеоднородных средах с гфи- сущим каждой макронеоднородности своим размером образующих ее частиц. Цель изобретени - р.эсширение области применени способа путем определени размеров частиц в макронеоднородных средах„The invention relates to the optics of scattering media and can be used for the rapid determination of the particle size along the probing path in macro-inhomogeneous media with the presence of each macro-inhomogeneity by its size of the particles forming it using backscattered radiation. The purpose of the invention is to expand the scope of application of the method by determining the size of particles in macro-inhomogeneous media.
В устройстве дл . осуществлени предлагаемого способа использован ин- терферометр Майкельсона, в одном из плеч которого расположена исследуе- ма мггкронеоднородна среда, В каче- стве источника излучени используют многомодовый лазер непрерывного дей- стви в режиме ТЕМддп,. Длина Д1 когерентности его излучени на цент- ральной длине волны Д определ етс шириной ЛЛ спектрального интервала (числом q возбужденных аксиальных мод) и имеет величину . Подбо- ром режима работы источника величину /5 Л выбирают такой, чтобы длина 41 когерентности была равна линейному ; размеру меньшей из макронеоднородно- : стей вдоль трассы зондировани . Это : условие позвол ет при равенстве длиI ны опорного плеча оптической глубинеIn the device for. The Michelson interferometer is used to carry out the proposed method, in one of the arms of which the mcr-inhomogeneous medium under study is located. A multimode continuous-action laser in the TEMddp mode is used as the radiation source. The coherence length D1 of its radiation at the center wavelength D is determined by the width LL of the spectral interval (the number q of excited axial modes) and has a value. By selecting the mode of operation of the source, the quantity / 5 L is chosen such that the length of the coherence 41 is equal to linear; the size of the smaller of the macroscopic inhomogeneities along the sounding path. This: the condition allows, if the length of the reference arm is equal to the optical depth
о 4 about 4
I Z- центра (j-й макронеоднородностиI Z-center (j-th macroheterogeneity
j регистрировать в плоскости приема I флуктуации интенсивности, обусловлен- I ные интерференцией с опорной волной света, рассе нного только частицами : соответствующей j-й макронеоднородно- I сти и точно определ ть их размерj to register in the reception plane I intensity fluctuations due to the I interference with the reference wave of light scattered only by particles: the corresponding jth macroheterogeneity I and precisely determine their size
Если длина dl когерентности пре- вышает линейный размер какой-либо из макронеоднородностей вдоль трассы зондировани , например -й, то, при ее диагносцировании (равенстве длины опорного плеча оптической глубине Z° области ее локализации) вклад в регистрируемый интерференционный сиг- кал будут давать не только частицы диагносцируемой k-й макронеоднородно- сти, но и рассеиватели из смежных слоев среды, что Б итоге снижает точность определени размера частиц на /ганной оптической глубине Z,,If the coherence length dl exceeds the linear size of any of the macroscopic inhomogeneities along the probing path, for example, if it is diagnosed (the equality of the length of the reference arm is equal to the optical depth Z °), its contribution to the recorded interference signal will not only particles of the diagnosable kth macroinhomogeneity, but also diffusers from adjacent layers of the medium, which B ultimately reduces the accuracy of determining the particle size at the optical depth of Z ,,
В противоположном случае, когда длина йИ когерентности существенно., меньше размеров макронеоднородностей среды, информативные флуктуации ин тенсивностиз обусловленные интерфе In the opposite case, when the length of YI coherence is significant., Smaller than the size of the macro-inhomogeneities of the medium, the informative fluctuations of the intensities due to the inter-
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
ренцией с опорной волной рассе нного света из диагноспируемого объема среды прот женностью Л.1, будут малы по сравнению с флуктуаци ми интенсивности (самобиени ми) всего остального некогерентного с опорным полем рассе нного света и прочими помехами Из следовательно, рассмотренна ситуаци невыгодна с энергетической точки зрени , так как приводит к погрешности измерений .вследствие низких отношений сигнал/шум.With the reference wave of scattered light from the diagnosable volume of the medium, length L.1, will be small compared to the intensity fluctuations (self-beating) of everything else that is incoherent with the reference field of scattered light and other interference. Therefore, the situation considered is unprofitable from an energy point because it leads to measurement errors due to low signal-to-noise ratios.
Поэтому дл реализации оптимальных с точки зрени точности измерений и энергетики условий длина когерентности используемого источника должна . соответствовать ожидаемому масштабу макронеоднородностей среды.Therefore, for the realization of conditions that are optimal from the point of view of measurement accuracy and energy, the coherence length of the source used should be. correspond to the expected scale of macro-inhomogeneities of the medium.
На фиг, 1 изображено устройство дл осуществлени предлагаемого способа; на фиг, 2 - зависимость модул функции y(Z) временной когерентности от разности хода Z ct (где с - скорость света при разной выходной мощности Р; t врем распространени аксиальной моды).Fig. 1 shows an apparatus for carrying out the proposed method; Fig. 2 shows the modulus of the function y (Z) of the temporal coherence as a function of the path difference Zct (where c is the speed of light at different output powers P; t is the time of propagation of the axial mode).
Способ осуществл ют следуюш 1м образомThe method is carried out in the following way.
Излучение источника 1 делитс светоделителем 2 на проход щий и отраженный пучки. Проход щий пучок - падает на зеркало 3 опорного плеча, а отраженный пучок направл етс в исследуемую макронеоднородную среду 4, Указанные пучки будем называть далее опорным и . объектным. Отраженны зеркалом 3 и светоделителем 2 опорньш пучок сводитс в плоскости приема (диафрагма 5) с обратно рассе нным и прошедшим через светоделитель 2 излучением .The radiation from source 1 is divided by beam splitter 2 into transmitted and reflected beams. The transmitted beam falls on the mirror 3 of the supporting arm, and the reflected beam is directed to the macro inhomogeneous medium 4 under study. These beams will be referred to below as the reference and. object. Reflected by mirror 3 and beam splitter 2, the supported beam is reduced in the receiving plane (diaphragm 5) with backscattered radiation and transmitted through beam splitter 2.
Дл удобства отсчета диагносцируемой глубины среды целесообразно провести начальное уравнивание длины Zj опорного плеча (рассто ние от светоделител 2 до зеркала 3) с рассто нием от светоделител 2 до передней границы среды 4, Б этом случае последующее увеличение длины опорного плеча на величину Z j обеспечит в плоскости пр.иема интерференцию с опорт- ной волной лишь излучени , рассе нного объемом среды прот женностьюFor convenience of reading the diagnosed depth of the medium, it is advisable to carry out an initial equalization of the length Zj of the reference arm (distance from the beam splitter 2 to the mirror 3) with the distance from the beam splitter 2 to the front boundary of the medium 4, in which case the subsequent increase in the length of the support arm by of the plane of pr.iema interference with the oporta wave of only radiation scattered by the volume of the medium over
- с центром на оптической глубине- centered on optical depth
П о .7 / /P about .7 / /
Zj ;/п (.где п - показатель преломлени среды; 2. j - длина опорного iineна глубинеZj; / п (. Where n is the refractive index of the medium; 2. j is the length of the reference iine at the depth
Эта интерференционна картина в плоскости приема (диафрагма 5) представл ет собой сложную структуру, измен ющуюс во времени вследствие броуновского движени частиц . Флуктуаци фототока i детектора 6, пропорциональные флуктуаци м освещенности отверсти диафрагмы 5, назовем информационным интерференционным сигналом (ИИС). Весь остальной рас- се нньй свет сложитс с опорным полем некогерентно и не даст вклада в ИИС. При этом необходимо вьтолнение следующих условий. Во-первых, врем Ну усреднени схемы регистрации должно быть существенно меньше времени -С g коррел ции броуновского движени частиц , но значительно больше времени - Т когерентности излучени источника; во-вторых, размер г, диаграммы 5 перед детектором 6 должен быть меньше радиуса коррел ции г однократно рассе нного диагносдируемым: объемом пот л ,-Указанные требовани легко рёамикронного размера ( gor 10 с), удаленного от плоскости приема на рассто ние Е / 1 м, следующие:This interference pattern in the receiving plane (diaphragm 5) is a complex structure that changes with time due to Brownian motion of the particles. The fluctuations of the photocurrent i of the detector 6, proportional to the fluctuations of the illumination of the aperture of the diaphragm 5, will be called the information interference signal (IMS). The rest of the spreading light will add incoherently to the reference field and will not contribute to the IIS. In this case, it is necessary to fulfill the following conditions. First, the time Well of averaging the registration scheme should be significantly less than the time –C g of correlation of the Brownian motion of the particles, but much longer than the time — T of the radiation coherence of the source; secondly, the size g, diagrams 5 in front of the detector 6 must be smaller than the correlation radius g once scattered diagnosable: the volume of the pot, the indicated requirements are of easy radius size (gor 10 s) remote from the receiving plane by distance E / 1 m, the following:
г.-10city-10
bb
-3-3
пP
с -jp V2 -10 with -jp V2-10
ARj Arj
г g
0,5 мм. 0.5 mm.
1515
2020
Одновременно с регистрацией ин- формат,ивных флуктуации интенсивности (вследствие интерференции опорной волны и когерентного ей рассе нного рвета) детектор 6 будет регистрировать и более слабые флуктуации интенсивности , порожденные интерференцией рассе нных частицами полей между собой (самобиени рассе нного света- СРС), не несущие информации о послойной структуре среды. Эти флуктуации имеют более широкий спектр и . при диагносцировании удаленных обълизуютс на практике. Например, в ни- 2S среды могут искажать результатыSimultaneously with the registration of informative, intense intensity fluctuations (due to the interference of the reference wave and coherent scattered ripping), detector 6 will also register weaker intensity fluctuations generated by the interference of the scattered particles of the fields between themselves (self-beating of scattered light - CPC), not Carrying information about the layered structure of the environment. These fluctuations have a wider spectrum and. in diagnosing the remote, they are combined in practice. For example, in low 2S environments, the results may be distorted.
микронного размера ( gor 10 с), удаленного от плоскости приема на рассто ние Е / 1 м, следующие:The micron size (gor 10 s), remote from the receiving plane for a distance of E / 1 m, is as follows:
10ten
-3-3
пP
с -jp V2 -10 with -jp V2-10
ARj Arj
г g
0,5 мм. 0.5 mm.
Одновременно с регистрацией ин- формат,ивных флуктуации интенсивности (вследствие интерференции опорной волны и когерентного ей рассе нного рвета) детектор 6 будет регистрировать и более слабые флуктуации интенсивности , порожденные интерференцией рассе нных частицами полей между собой (самобиени рассе нного света- СРС), не несущие информации о послойной структуре среды. Эти флуктуации имеют более широкий спектр и . при диагносцировании удаленных объgj oB среды могут искажать результатыSimultaneously with the registration of informative, intense intensity fluctuations (due to the interference of the reference wave and coherent scattered ripping), detector 6 will also register weaker intensity fluctuations generated by the interference of the scattered particles of the fields between themselves (self-beating of scattered light - CPC), not Carrying information about the layered structure of the environment. These fluctuations have a wider spectrum and. in diagnosing remote volumes, environment may distort results
жеописанном эксперименте при использовании лазерного излучени с,, длиной когерентности, равной Л 6 см, /З а с и диаметре зондирующеизмерений полуширины спектра мощности ИИС, Дл оценки вклада СРС в кор рел ционную функцию К (f, Z :} фотото |Ка i (Фурье-преобразование которойIn the experiment described above, when using laser radiation with a coherence length equal to L 6 cm, / Z and s, and the diameter of the probing measurements of the half width of the IIS power spectrum, to estimate the contribution of CPC to the correlation function K (f, Z:} phototo | Ka i ( Fourier transform of which
го пучка, равном 2 г о, 2 мм, услови 30 определ ет спектр мощности флуктуаций и соответственно его полуширину) необходимо воспользоватьс соотношением:A beam of 2 g o, 2 mm, condition 30 determines the power spectrum of the fluctuations and, accordingly, its half width) it is necessary to use the relation:
регистрации информационного интерференционного сигнала-от j-ro диагно- сцируемого объема среды с частицамиregistration of the information interference signal from the j-ro of the diagnosed volume of the medium with particles
KU, zp i(t, z°) i( +. 2p KU, zp i (t, z °) i (+. 2p
ClV(z;)rj(z;) l-J E,(t. гр i j.(2nZ - 2nzpjz H. ClV (z;) rj (z;) l-J E, (t. Gr i j. (2nZ - 2nzpjz H.
+ CI+ CI
(uB} (uB}
riH(Z))riH (Z))
(RO + z)4(RO + z) 4
де С - посто нна ;de C is constant;
I - интенсивность источникаI - source intensity
света; .4 S - площадь поперечного сечени Sveta; .4 S - cross-sectional area
зондирующего пучка; D - врем излучени источника; А и Р - соответственно коэффициентprobe beam; D is the source radiation time; A and P - respectively, the coefficient
4545
обра:тного рассе ни частицы и концентраци частиц; R(, - рассто ние от поверхности среды до плоскости приема; - модуль функции временнойscattered particles and particle concentrations; R (, is the distance from the surface of the medium to the reception plane; is the modulus of the function of the time
когерентности излучени источника; g( J, Z) - коррел ционна функци бро- 55 уновского движени частиц на глубине Z среды; T(Z) --пропускание среды до.глубины Z, равное ехр-( | E(z )dsource coherence; g (J, Z) is the correlation function of the Brownian particle motion at a depth Z of the medium; T (Z) is the transmission of the medium up to the depth Z, equal to exp- (| E (z) d
50 50
измерений полуширины спектра мощности ИИС, Дл оценки вклада СРС в коррел ционную функцию К (f, Z :} фотото- |Ка i (Фурье-преобразование которойmeasurements of the half width of the power spectrum of the IMS, for estimating the contribution of the CDS to the correlation function K (f, Z:} photototal | Ka i (the Fourier transform of which
ций и соответственно его полуширину), необходимо воспользоватьс соотношением:and, accordingly, its half-width), it is necessary to use the relation:
(1)(one)
I (2nZ - 2nZ )dZ JZ I (2nZ - 2nZ) dZ JZ
4545
- ;,;показатель ослаблени .направленного излучени ; п - показатель преломлени ; Z - оптическа глубина; J - уровень неоднородности.-;,; attenuation index; directional radiation; n is the refractive index; Z is the optical depth; J is the level of heterogeneity.
Соотношение (1) пол учено дл дальнейшей зоны приема в предположени- х однократности рассе ни и малости изменени оптических характеристик среды на рассто ни х пор дка длины Д1 когерентности. Первый член определ ет вклад в К(1, Zj) информативного интерференционного сигнала, второй - самобиений рассе нного света (СРС). Если микрофизические параметры среды неизвестны, то вклад СРС может быть оценен экспериментально при перекрытом опорном пучке. ,Relationship (1) is calculated for a further reception zone under the assumptions of single scattering and smallness of the change in the optical characteristics of the medium at distances of the order of the coherence length D1. The first term determines the contribution to K (1, Zj) of the informative interference signal, the second one - the self-beating of scattered light (SRS). If the microphysical parameters of the medium are unknown, then the contribution of the CPC can be estimated experimentally with the reference beam overlapped. ,
Полученна зависимость (Z) представлена графически на фиг. 2, где крива 7 соответствует (Z) при Р 20 мВт, крива 8 соответствует v(Z) при Р 130 мВт, крива 9 соответствует y(Z) при Р 270 мВт и крива 10 соответствует v(Z) при Р , 720 мВт.The resulting relationship (Z) is represented graphically in FIG. 2, where curve 7 corresponds to (Z) at P 20 mW, curve 8 corresponds to v (Z) at P 130 mW, curve 9 corresponds to y (Z) at P 270 mW and curve 10 corresponds to v (Z) at P, 720 mW .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864034463A SU1402850A1 (en) | 1986-03-06 | 1986-03-06 | Method of determining diemensions of brownian particles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU864034463A SU1402850A1 (en) | 1986-03-06 | 1986-03-06 | Method of determining diemensions of brownian particles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1402850A1 true SU1402850A1 (en) | 1988-06-15 |
Family
ID=21225443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU864034463A SU1402850A1 (en) | 1986-03-06 | 1986-03-06 | Method of determining diemensions of brownian particles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1402850A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999060376A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Gennady Fedorovich Yaskevich | The method of microobjects' study |
-
1986
- 1986-03-06 SU SU864034463A patent/SU1402850A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 3680961, кл. G 01 N 15/02, 1972. Satory Fujime Quasi - elastic light scattering from solutions of macromoleciO-es. I. Doppler broadening of light scattered from Solutions of tobacco mosaic Virus Particles. - J. of the Physical Society of Japan 1970, V. 29, № 2, p. 419-420. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999060376A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Gennady Fedorovich Yaskevich | The method of microobjects' study |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5134177B2 (en) | Systems using light-scattering spectroscopy based on electric fields | |
US4790652A (en) | Method and apparatus for determining parameters of gaseous substances | |
CN107356320B (en) | pulse ultrasonic sound field detection device and method | |
CN201072406Y (en) | Pump detecting device based on 4f phase coherent imaging | |
TWI797254B (en) | Carrier lifetime measurement method and carrier lifetime measurement device | |
CN111208084A (en) | Optical fiber gas concentration remote sensing detection device and method based on coherent detection method | |
JP2006226727A (en) | Absorption measuring instrument | |
SU1402850A1 (en) | Method of determining diemensions of brownian particles | |
KR102532521B1 (en) | Concentration measurement method and concentration measurement device | |
RU2658112C1 (en) | Method of measurement of displacement | |
RU2353954C1 (en) | Method for remote definition of medium characteristics of open water reservoir | |
CN102944518A (en) | Material property detecting method and device based on grating effect of standing wave excitation transient body | |
CN202916182U (en) | Material characteristic detecting device based on standing wave-induced transient grating effect | |
US4624573A (en) | Total optical loss measurement device | |
JP4206618B2 (en) | Fourier transform infrared spectrophotometer | |
SU415489A1 (en) | ||
SU1700358A1 (en) | Method and device for determining article surface roughness parameters | |
RU2343402C1 (en) | Optical tester for control object surface displacements | |
Fotiou et al. | Photothermal deflection densitometer with pulsed-UV laser excitation | |
CN118329392A (en) | Multi-type grating diffraction efficiency measuring device and method | |
CA1283558C (en) | Method and apparatus for determining parameters of gaseous substances | |
RU2039969C1 (en) | Holographic method of measuring refractivities of liquid and gaseous media | |
Steenbergen et al. | Coherence effects in laser Doppler blood flowmetry | |
SU1585674A1 (en) | Method of checking roughness of surface | |
SU935701A1 (en) | Apparatus for testing optical systems |