SU693180A1 - Устройство дл измерени характеристик оптической плотности жидкости - Google Patents

Description

.-: -:-,.-.:,. J ,. : ,. - ..

Изоёретение относитс  к технической физике и может быть использовано при гидрофизических исспедовани х в море с помо.тцьютеневых устройств,.

Известны устройства, содержащие источник коллимированного монохроматического света, сосуд с исследуемой жидкостью, диафрагму, фотопрнеммик и регистратор амплитудных.значений им .пульсов фототока l .

Такие устройства обеспечивают возможность определени  второй производной оТ оптической плотности среды ( - ) в плоскости, ортогональной к оптической оси прибора. Однако направление дифференцировани  в этой плоскости не определено, ,кроме того,дл  получени  численных значений измер е-. мой величины необходима дополнительна  (трудоемка  и длительна ) обработ ка поступающей с теневого прибора информации . Поэтому такие приборы не при менимы дл  количественных измерений

i по заданному Н1аправлению в реальном масштабе времени.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  исзмерени  характеристик оптической плотности жийкости, содержащее источник коллимиров1анного моно.хроматического света, светоделитель с полупрозрачным зеркалом и системой отражателей дл  формировани  опорного и рабоче0 го пучков света, сосуд, с исследуемой жидкостью, рабочую призму полного внутреннего отражени  с узлом сканировани  и фотбприемник поверхностных световьпс волн с регистратором Временных ин5 терв,алов 2..

Известное устройство не обеспечивает непбсрёйственнЬй возможности определени  производных оптической плотности по направлению . Относительные изменени  ве0 личины Л при таких исслеповани х обычно малы и с трудом поддаютс  регистраШ

ции, а изменени  градиента

на

У

граничных :участках слоев могут быть достаточно просто зарегистрированы теневыми- приборами, например, предлагаемым устрЬйством, При этом распределение величины - непосредственно характеризует слоистость среды, Воэмож ность непрерывного изменени  направлени  дифференцировани : позвол ет за фик сированный период, равный полупериоду вращени  призмы Дове, определ ть расdd пределение --; по всем направлени м Б йлоскости ху и характеристик мелкомасштабной турбулентности, а воз- мржность регистрации изменени  v по фиксированному направлению в реальном масштабе времени - следить За дина микой внутренних волн в среде, за процессами обтекани  (здесь особенно суще ствейна возможность произвольного выбора направлени  дифференцировани ) и ;т; п.,;.-,;-:.-, .. .-..:.-. . ; Цепь изобретени  - обеспечение возможности измерени  второй производной распределени  оптической плотности жидкости по заданному направлению в реаль- ном масштабе времени.: : Цель достигаетс  тем, что в устройСтво введена призма Дове, снабженна  механизмом .поворота, причем призма До:ве установлена между сосудом с исследуемой жидкостью и рабочей прИзмой пол ного внутреннего отражени , расположенньК последовательно по оптической оси, ;прй этомодно из зеркал, например полуйрозрачное зеркало, установлено.так, что . бы вйпблн пось одно из неравенств e AStcaotntax+js), (1) где6 - угол в плоскости сканировани  между отражаюхцей п верхностью зеркала и направлением пучка света от - источника; «шлх - максимальна  углова  величина расходимости световых пучков; / .-динамический диапазон изме рёний выраженнь1й в угловых величинах, а регистратор временных интервалов выполнен в виде измерител  разности длительностей соответственных импульсов фототока от рабочего и опорного пучков. Сушность изобретени  по сн етс  чер Тежом, . ;, J . - . . . Устройство содержит Источник коллим рованного монохроматического света 1; узел светоделител , состо щий из полупрозрачного зеркала 2 и системы отражателей 3; объем с исследуемой жидкостью 4; призму Дове. 5, снабженную механизмом , обеспечивающим .возможность пово- рота ее вокруг оптической оси устройства на заданный угол (на чертеже не показа .н), узел сканировани 6, рабочую призму полного внутреннего отражени  7, диафрагму 8, фотоприемник 9 и регистратор временных интервалов 10. Устройство работает следующим обраЗОМ . , .-.:; : ;v. ---;. -.,. ИСТОЧНИК 1 непрерьшно генерирует МйнохроМатический коллймированный пучок света, который раз.цел етс  полупрозрачным зеркалом 2 на два njHKa. О.аин из них (рабочий) проходит сквозь объем с иссле.цуеМой жидкостью 4, а другой (опорный) минует этот объем при помощи отражателей 3, Узел .светоделител  (зеркала 2 и 3)отъюстирован таким об разом, чтобы фиксированный по направлению световой пучок, нашего въгкоде был всегда не параллелен рабочему пучку , прошедшему сквозь объем с исследуемой жидкостью, причем если, опорный пучок . отклонен вниз от оптической .оси устройства , любой, даже самый верхний (в плоскости чертежа) луч опорного пучка должен бьггь направлен под большим углом к оптической оси, чем любой, даже самый нижний луч рабочего пучка и во всем динамическомДиапазоне углов отклонени  ( fl ) последнего. Или, при другом возмс жном варианте настройки, когда опорный пучок направлен выше оптической оси, даже самый нижний луч опорного пучка должен быть направлен под большим углом к оптической оси, чем любой , даже самый верхний луч рабочего пучка. Такое направление опорного пучка обеспечено установкой полупрозрачного зеркала 2 (иЛи, что безразлично, одного из отражателей 3) под углом ±.(2(Х„01ч ;з) падающему на него пучку. света при условии установки всах остальных зеркал узла светоделител  под уг лом строго 45 к пучку. Далее, пройд  1 ризму Дове, оба пучка поступают на узел сканировани  6. В качестве узла сканйровайи  используютс  два вращающихс  в противоположных Направлени х клина. Узел обеспечивает строго равноМерное и синхронное сканирование пучков в плоскости чертежа. Часть поверхности клиньев зачернена так, что свет поглощаетс  во вреМ  обратного хода пучков. Сканирование обеспечивает перио цическое изменение угла падени  света на гипотенуэную грань рабочей призмы рсолного внутреннего отражени . При этом ресь отражённый гЙпотенузной гранью свет поглощаетс  диафрагмой 8, и свет при углах падени  на гипотёнузн ю грань больши-х и меньшах критического на фото дриемник 9 не поступает. При , падении ; Света пой критическим углом (в.интервале ), кроме отраженного светла, возникает првёрхностнай светова  волна,: распрдстраи юйайс  вдЪл ь гипоте11узноЙ гра НИ и непрерывно возвращающа с  в приз .му под критическим УГЛОМ. Только обусловленное поверхностной световой волчой излучение попадает на фотоприемник. Таким образом из непр9рь1вного свет&вог rtOToka от источника 1 на вьгеоде призмы 7 в результате сканировани  образуютс  временныеимпульсы света. Если расходимость светового пучка об означить чёрес; . j, Частоту сканировани  через i, то длительность импульса свёта ;, - .--/ ,./ ; .V,/ : . - : w.-b . : .:...:, :.;;, Л - Jif, разность длительностей импульсов от fiaбочего и опорного пучков М- , : М - ipaff a 53tf откуда относительное изменение расходимости рабочего пучка в плоскости ска-; нировани  . ... . ; . I A3. 2Jrf-&l,.С2) Аналогично, угол отклонени  рабочего пучка от опорного о предел етс  как , ;:v i,, (3 -интервал времени между возникновением импулЫсов - ;.; от соответствуюишх световых -пучков. Точность измерени  угловых . величин ограничиваетс  интервалом возникновени  поверхностной световой волны. Чувствительность устройства в этом случае составит примерно одну угловую секунду. Световые импульсы поступают на )отоприемник 9 и преобразуютс  на его выходе в импульсы тока с теми же временными параметрами, которые обрабатываютс  затем на регистраторе временных интервалов 10. Регистратор состоит ИЗ частотомера, счётной схемы определени  разности между поступающими с частЬтомера числовыми значени ми длигельностей соответственных импульсов, цифропечатающего устройства и согласую1ПИ .Х схем. Временной интервал между соответственными импульсами от рабочего и одного йучков однозначно характеризует ,согласно формулам (1) и (3) градиент оптической плотности -. Величина разности длительностей импульсов , соответствующих расходимосг м рабочего и опорного пучков света, аналогичным образом характеризует величину Дл где у - направление, в котором измер етс  расходимость пучков, Оно за.даетс  поворотом призмы Дове, обеспечивающим синхронный разворот опор;нрго и рабочего пучков вокруг нх осей таким образом, чтобы продольные сечени  пучков в заданном направлении совместились с плоскостью сканировани , Устройство обеспечивает повышениэ точности измерений благодар  чресзвычайнЬ малому угловому интервалу возникновени  поверхностных световых волн, компенсационному принципу измерений и временному методу определени  измер емых величин. Устройство просто и надежно в .эксплуатации. 4 о рмул а изобретени  . Устройство дл  измерени  характеристик оптической плотности жидкости, содержащее источник колпимированного монохроматического , светоделитель с полупрозрачным зеркалом k системой . отражателей дл  формировани  опорного д рабочего пучков света, сосуд с исслеруёмой жидкостью, рабочую призму полного &нутреннё1Г6 Отражени  с узлом скаНйровани  и фотоприеМчйк поверхностных световьгх волн 6 регистратором временHbix интерйалов, О т.п. и чающеес  тем, что, с целью обеспечени  возможности измерени  второй производной оптической плотности по заданному направлению в реальном масштабе времени, и него введена призма Дове, снабженна  механизмом поворота, причем призма . ЛЛГ iMk   V . Дове установлена между сЬсудом с иЬслвдуемой жидкостью и рабочей призмой полного виутреннёго от1эажени , распопоженньк послецоватёльно по оптической оси, при этом одно из зеркал, например полу ftp53pa4HOe зеркало, установлгенб , чтобы выполн лось одно из неравенств (2o(««,-Jv3), .где , в --угол в плоскости сканйрова- , ни  между отражающей поверхностью зеркапа и направлением пучка.света от ис ТочНйКа:- .;. - -V- отвх .- максимальна  углова  величина расходимости световых пуч ков;

-..iii.. j9 - динамический диапазон измерений , выраженный в угловых величинах, а регистратор временных интервалов выполнен в виде измерител  разности длительностей соответстйенньрс импульсов фототока от рабочего и опорного пучков. Источники информации, прин тые во внимание При экспертизе 1.Васильев Л. А. Теневьге методы Наука, 1068, с. 74-80. . ; 2.AaitoptiKoe свидетельствопо за вке № 2318265/25, кл. С} 01 М 21 /46, 1976 (прототип).