Оптический прибор для исследования прозрачных неоднородностей

 

ОПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНга ПРОЗРАЧНЫХ НЕОДНОРОДНОСТВЙ , содержащий четыре осветительных и четыре приемных канала, первый коллиматор с диафрагмой, установленной в его передней фокальной плоскости и вкдпочающей две щели, выполненные в диагонально расположенных квадратах диафрагмы, второй коллиматор с диафрагмой, установленной в его задней фокальной плоскости и включающей два ножа Фуко, также размещенных в диагонально расположенных квадратах диафрагмы, камеру с исследуемой неоднородностью, которая оптически сопряжена с плоскостями регистрации приемных каналов, а также первый отражательный призменный блок, установленный перед диафрагмой первого коллиматора, и второй отражательный призменный блок, установленный за диафрагмой второго коллиматора , причем каждый из отражательгных призменных блоков выполнен из чеlupex скрепленных прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник с центром, лежсодим на общей оптической оси коллиматоров, ориентированный по нормали к этой оси, отражающие гипотенузные грани прямоугольных призм обращены в сторо-, ну коллиматоров, совпадающие с оптическими осями осветительных и приемных каналов зеркальные отображения отражательнььми призменными блоками оптических осей, проходящих через центры квадратов диафрагм, перпендикулярны к общей оси коллиматоров и ориентированы под углом 90 одно к другому, два осветительных канала расположены на зеркальгалх отображениях nepBbbvj отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадратов со щелями диафрагмы .первого коллиматора, а два приемных канала расположены на зеркальных отображениях вторым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов с ножами Фуко диафрагмы второго коллиматора, которые оптически сопряжены коллиматорами с соотW ветствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора, отличающийся, тем, что с целью повышения точности измерения оптических характеристик прозрачных неоднородностей , в свободных диагональ-: но расположенных квадрантах диафрагмы первого коллиматора установлены СП ножи Фуко, а в свободных диагонально расположенных квадрантах диафрагжд со второго коллиматора выполнены щели, 01 причем на зеркальных отображениях со первым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов с кожами Фуко диафрагмы первого коллиматора,расположены два приемных канала, в то время как на зеркальных отображениях вторым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов со щелями диафрагмы второго коллиматора, расположены два осветительных канала-, а центры квадрантов с ножами Фуко диафраглвл первого коллиматора оптически сопряжены колллиматоры с соответствую1цими центрами квадрантов со щелями диафрагмы второго коллиматора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) З(51) 02 В 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЬП ИЙ (21) 3499469/18-10 (22) 12.10.82 (46) 07.12.83 Бюл. М 45 (72) A.È.Õàðèòîíoâ, И.А.Камалов, В.С.Сухоруких, Ю.Л.Шаров и Н.М.Чекменева (53). 778.86(088.8) (56) 1. Скотников М.М., Теневые количественные методы в газовой динамике. И., "Наука", 1966, с. 15, рис. 2.

2. Авторское. свидетельство СССР

)) 758043, кл. Q 02 В 27/00, 1978 (прототип). (54)(57) ОПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ, содержаций четыре осветительных и четыре приемных канала, первый коллиматор с диафрагмой, установленной в его передней фокальной плоскости и включаюцей две цели, выполненные в диагонально расположенных квадратах диафрагмы, второй коллиматор с диафрагмой, установленной в его задней фокальной плоскости и включающей два ножа Фуко, также размещенных в диагонально расположенных квадратах диафрагмы, камеру с исследуемой неоднородностью, которая оптически сопряжена с плоскостями регистрации приемных каналов, а также первый отражательный призменный блок, установленный перед диафрагмой первого коллиматора, и второй отражательный призменный блок, установленный за диафрагмой второго коллиматора, причем каждый из отражатель-. ных приэменных блоков выполнен иэ четырех скрепленных прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник с центром, лежацим на общей оптической оси коллиматоров, ориентированный по нормали к этой оси, отражающие гипотенуэные грани прямоугольных призм обращены в сторо-, ну коллиматоров, совпадающие с оптическими осями осветительных и приемных каналов зеркальные отображения отражательными призменными блоками оптических осей, проходящих через центры квадратов диафрагм, -перпендикулярны к общей оси коллиматоров и ориентированы под углом 90 одно к другому, два осветительных канала расположены на зеркальных отображениях первым отражательным призменным блоком оптических осей, проходяцих через центры квадратов со целями диафрагмы первого коллиматора, а двд приемных канала расположены на зеркальных отображениях вторым отражательным призменным блоком оптических осей, проходяцих через центры квадрантов с ножами Фуко диафраг- Р мы второго коллиматора, которые оптически сопряжены коллиматорами с соответствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора, отличающийся, тем, что с целью повышения точности измерения оптических характеристик прозрачных неоднородностей, в свободных диагональ-. но расположенных квадрантах диафрагмы первого коллиматора установлены ножи Фуко, а в свободных диагонально расположенных квадрантах диафрагмы второго коллиматора выполнены щели, причем на зеркальных отображениях первым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов с ножами Фуко диафрагмы первого коллиматора,распо- ложены два приемных канала, в то время как на зеркальных отображениях вторым отражательным призмейным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов со щелями диафрагмы второго коллиматора, расположены два осветительных канала, а центры квадрантов с ножами Фуко диафрагмы первого коллиматора оптически сопряжены колллиматоры с соответствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы второго коллиматора.

1059530

Изобретение относится к оптическому приборостроению, предназначено для изучения стационарных и нестационарных процессов, может применяться при определении структуры прозрачных неоднородностей (газовый поток, плаз- 5 ма, стекло и т.д.)и для измерения углов отклонения световых лучей, прошедших через неоднородность.

-Известен оптический прибор для исследования прозрачных неоднородностей 10 теневой прибор HAS-451, состоящий иэ одноканального осветлителя с источником света и расположенных далее по ходу световых лучей входной диафрагмы, выполненной в виде щели на непрозрачном экране, первого коллиматора, рабочей камеры второго коллиматора, виэуализирующей диафрагмы и приемного канала с регистратором. Диафрагмы расположены в фокальных плос" костях коллиматоров. Этот прибор позволяет измерять составляющую угла отклонения световых лучей на направление, перпендикулярное ножу Фуко, используемому в качестве виэуализирующей диафрагмы (1) .

С днако для исследования статических прозрачных неоднороДностей, îzклоняющих световые лучи в различных направлениях и на различные величины углов, в приборе ИАБ-451 необходимо 30 осуществлять поворот обеих диафрагм, а также производить различное перекрытие иэображения щели ножом Фуко, что снижает точность определения параметров исследуемой неоднороднос- 3 ти, так как отдельные измерения, со- ответствующие поворотам д. .афрагм на разные углы, разнесенные во времени, т.е. проводят при различных внешних условиях, изменяющихся на- 4р пример, под действием вибрации прибо" ра. При исследовании быстроизменяющихся нестационарных процессов (например, распространение ударной волны в ударной трубе) этот недос- 4> таток становится принципиальным, ввиду плохой повторяемости параметров таких процессов от эксперимента к эксперименту, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является оптический пр.>бор для исследования прозрачных неоднородностей, содержащий четыре осветительных и четыре приемных канала, первый коллиматор с диафрагмой, установленной в его передней фокальной плоскости и включающей две щели, выполненные в диагонально расположенных квадрантах ди.афрагмы, второй коллиматор с диафрагмой, установленной в его задней фо- 60 кальной плоскости и включающей два ножа Фуко, также размещенных в диагонально расположенных квадрантах, диафрагмы, камеру с исследуемой неоднородностью, которая оптически у сопряжена с плоскостями регистрации приемных каналов, а также первый отражательный призменный блок, установленный перед диафрагмой первого коллиматора, и второй отражательный призменный блок,,установленный за диафрагмой второго коллиматора, причем каждый из отражательных призменных блоков выполнен из четырех скрепленных прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник с центром, лежащим на общей оптической оси коллиматоров, ориентированный по нормали к этой оси, отражающие гипотенузные грани прямоугольных призм обращены в .сторону коллиматора, совпадающие с оптическими осями осветительных и приемных каналов зеркальные отображения отражательными призменными блоками оптических осей, проходящих через центры квадрантов диафрагм, перпендикулярны к общей оси коллиматоров и ориентированы под углом 90О одна к другому, два осветительных канала расположены на зеркальных отображениях первым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора, а два приемных канала расположены на отображениях вторым отражательным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов с ножами Фуко диафрагмы второго коллиматора, которые оптически сопряжены коллиматорами с соответФствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора. В этом приборе во всех четырех квадрантах диафрагмы первого коллиматора выполнены щели, а во всех четырех квадрантах диафрагмы второго— установлены ножи Фуко. При этом на всех четырех зеркальных отображениях оптических осей первым отражательным призменным блоком расположены осветительные каналы, в то время как на всех четырех зеркальных отображениях оптических осей вторым таким блоком — приемные каналы. Центры всех соответствующих квадрантов диафрагмы оптически сопряжены коллимато-. рами. С помощью четырехканальной системы можно, во-первых, получать одновременно (при запуске источников света без задержки друг относительно друга) четыре теневые картины с различной исходной настройкой, которая варьируется величиной перекрытия изобра>жений щелевой ножами Фуко и расположением последних с разных сторон от щелей. Во-вторых, осуществляя одинаковую исходную. настройку ножей Фуко и последовательно запуская источники света через.- заданные промежутки времени „ можно изучать изменения параметров быстропротекающих процессов во времени j2) .

1059530

Использование при проведении наиболее точных измерений, когда применяются обычные (не лазерные) протяженные источники света известного оптического прибора ограничено, так как в-нем каждое из расфокусированных изображений протяженных источников света (приэменный блок оптически не сопряжен с источником света) заполняет не только одну отражающую гипотенузную грань выходного призменного блока,.предназначенную для данного приемного канала, :но и частично одну из его соседних отражающих граней. Происходит частич,ное попадание света в смежный приемный канал, работающий s паре с другим источником света. Это приводит к тому, что каждый иэ регистраторов фиксирует теневую картину с наложенным на нее световым фоном. контраст те-. невой картины снижается и увеличивается погрешность определения параметров исследуемой неоднородности. Наи» более сильно этот недостаток прибо.— ра проявляется при исследовании слабых неоднородносТей, например, потоков разреженного газа в аэродинамических установках.

Цель изобретения" — повиаение точности измерения оптических характеристик прозрачных неоднородностей..

Поставленная цель достигается.тем, что в оптическом приборе для исследования прозрачных неоднородностей, содержащем четыре осветительных и четыре приемных канала, первый коллиматор с диафрагмой, установленной в его передней фокальной плоскости и включающей две щели, выполненные в диагонально расположенных квадран тах диафрагмы, второй коллиматор с диафрагмой, установленной в его задней фокальной плоскости и включающей два ножа Фуко, также размещенных в.диагонально расположенных квадрантах диафрагмы, камеру с исследуемой неоднородностью. которая оптически сопряжена с плоскостями регистрации приемных каналов, а также первый отражательный призменный блок, установленный перед диафрагмой первого коллиматора, и второй отражательный призменный блок, установленный за диафрагмой второго коллиматора, причем каждый из отражательных призменных блоков выполнен из четырех скрепленных прямоугольных призм,. катетные грани которых образуют прямоугольник с центром, лежащим на общей оптичес« ,кой оси коллиматоров, ориентированный по нормали к этой оси, отражающие гипотенузные грани прямоугольных призм обращены в сторону коллиматоров, совпадающие с оптическими осями осветительных и приемных каналов зеркальные отображения отражательными призменными блоками оптических осей, проходящих через центры квадрантов диафрагм, перпендикулярны к общей оси коллиматоров и ориентированы под углом 90 одно к другому, два осветительных канала рас5 положены на зеркальных отображениях первым отражательным прнзменным бло- . ком оптических осей, проходящих через центры квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора, а два

10 приемных канала расположены на зеркальных отображениях вторым отража тельным призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квад. рантов с ножами Фуко диафрагмы второ 5 го коллиматора, которие оптически сопряжены крллиматорами с соответствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы первого коллиматора, в свободных диагонально расположенных квадрантах диафрагмы первого коллиматора установлены ножи Фуко, а в свободных диагонально расположенных квадрантах диафрагмы второго выполнены щели, причем на зеркальных отображениях первым отражательным

25 призменным блоком оптических осей, проходящих через центры квадрантов с коками Фуко диафрагмы первого коллиматора, расположены два приемных каиала, в то вреь4я как на зеркальных

30 отображениях вторым отражателъиым приэменным блоком оптических осей, проходящи с через центры квадрантов со щелями диафрагма второго коллима» тора, установлены два.осветительных

35 канала, а центры квадрантов с ножами

Фуко диафрагм первого коллиматора оптически сопряжены коллиматора ми с соответствующими центрами квадрантов со щелями диафрагмы ьто40 Рого коллиматора.

На чертеже поКазана схема оптического прибора для исследования прозрачных неоднородностей.

Предлагаемый прибор содержит ос45 ветительные каналы 1-4, каждый из которых включает источник 5 света и конденсорную систему 6, приемные каsama 7-10, каждый из которых включает приемный объектив 11 и регистратор (фотокамеру) 12 теневой карти50 ны, первый отра>.:ательный приэменный блок 13. состоящий из четырех прямоугольных призм 14-17 с отражающими гипотенузными гранями. диафрагму 18, поворотное зеркало 19 и зеркально55 менисковый объектив 20 первого кол» лиматора, причем диафрагма 18 первого коллиматора выполнена в виде чередующихся непрозрачных квадрантов со щелями 21 и 22 и прозрачных квад60 рантов, в которых установлены ножи

23 и 24 Фуко, камеру 25 с исследуемой прозрачной неоднородностью, зер кально-менисковый объектив 26 повоУ ротное зеркало 27 и диафрагму 28

65 второго коллиматора, причем диаф1059530 рагма 28 втоРого коллиматора выполнена в виде че»>едующихся непроэ»>ачных квад»>антон со щелями 29 и 30 и прозрачных квадрантов. в котооых установлены ножи 31 и 32 Фуко, а также нто»>ой отражательный поиэмен- 5 ный блок 38. состоящий из четы»>ех п»ямоугольных поизм 34-37 с отражающими гипотенузными г»>анями. П»эи этом два приемных канала 7 и 8 расположены на эеюкальных отоб»>ажениях пе»>- 19 вым п»>изменным блоком 13 (его при- . змами 15 и 17) оптических осей, проходящих через прозрачные квадранты диафрагмы 18 первого коллиматора, в которых установлены ножи

23 и .24 Фуко, а дна осветительных канала 3 и 4 расположены на зеркальных отображениях вторым призменным блоком 33 его призмами 35 и 37) оггтических осей, проходящих через щели 29 и 30 непрозрачных квадрантов диафрагмы 28 второго коллиматора.

Диафрагмы 18 и 28 расположены друг относительно друга так, что ножи 23 и 24 Фуко диафрагмы 18 совмещены соответственно с иэображениями щелей 30 и 29 диафрагмы 28, а ножи

31 и 32 Фуко диафрагмы 28 совмещены с изображениями щелей 22 и 21 диафрагмы 18.

Оптический прибор для исследова- ЗО ния прозрачных неоднородностей работает следующим образом.

Пучки от источников 5 света осветительных каналов 1 и 2, расположенных на зеркальных отображениях оп-35 тических осей первым призменным бло" ком 13 с помощью конденсорных систем б этих каналон и прямоугольных призм

14 и 16 блока 13 раздельно фокусируются соответственно на щелях 21 и 22, установленных в непрозрачных кнадрантах диафрагмы 18 перного коллиматора. Расходящиеся иэ щелей 21 и 22 светоные лучи после отражения от поворотного зеркала 19 преобразуются »5 зеркально-менисконым объективом 20 н параллельные пучки, которые просвечивают исследуещую прозрачную неоднородность 25. Далее параллельные пучки проходят через зеркально-Менисконый объектив 28 второго коллиматора и преобразуются им н сходящиеся пучки кото»>ые пово>эотным зе»>ка> лом 27 напоавляются на диафрагму 28 второго коллиматора. Ножи 32 и 31

Фуко, установленные в пцоэ»>ачных 55 квад»>антах диафрагмы 28. совмещены соответственно с изобЪа>кениями щелей 21 и 22 диафрагмы 18 пе»>ного коллимато»а. После ножа 31 Фуко частично пе»>екоынающего изображение щели 22, <0 расходящийся пучок лучей п»>ямоугольной призмой 34 второго призменного блока 33 направляется в приемный канал 9. В плоскости регистратора 12 приемного канала 9 с помощью объектина 11 формируется теневая картина исследуемой неоднородности 25. Таким же образом после ножа 32 Фуко, который частично перекрывает иэображение щели 21, освещаемой осветительным каналом 1, пучок лучей прямоугольной призмой 36 направляется в приемный канал 10 и в плоскости его регистратора 12 фокусируется теневая картина той же исследуемой неоднородности 25. Аналогично можно описать и пути лучей, идущих от осветительных каналов 3 и 4 к приемным каналам 8 и 7 и распространяющихся навстречу рассмотренным пучком.

Таким образом, оптический прибор дает возможность регистрировать четыре теневые картины в приемных каналах

7-10. В то же время повышается контрастность теневых картин путем исключения попадания света н каждый иэ четырех приемных каналон от о>.;— тически несопряженных с ним осветительных каналов. А это ведет к повышению -.î÷íîñòè измерения оптических характеристик исследуемой прозрачной неоднородности. Например, н приемный канал 9 поступает свет толь= ко от сопряженного с ним осветительного канала 2, который освещает щель

22 диафрагмы 18. В плоскости второго призменного блока 33 расфокусированное иэображение этой щели (блок

33 расположен н несопря>хенной со щелью 22 плоскости} попадает на стражающую грань призмы 34 и частично на отражающую грань призмы 35., так как расфокусированное изображение щели 22 в плоскости призменного блока

33 вытянуто вдоль призм 34 и 35. Отразившись от призмы 35, пучки света проходят н осветительный канал 3 и не оказывают влияния на работу при- . емного канала 10

Таким же образом можно показать, что пучки от светительного канала 1, сопряженного с приемным каналом 10, не оказывает влияния на работу приемного канала 9, т.е. вэимнае влияние осветительных каналон 1 и 2 на несопряженные с ними приемные каналы 9 и 10 в предлагаемом оптическом приборе исключено. Что касается осветительных каналов 3 и 4, то они также не влияют на работу приемных каналов 9 и 10, так как их оптические . оси параллельны отражающим гипотенузным граням призм 34 и 36. Аналоги .ным образом показывается. что в каждый иэ приемных каналов 7 и 8 свет поступает только от одного оптически сопряж>нного с ним осветите нного канала, т.е. приемный канал 7 раб;>т»ет =" осветительным каналом 4, .:-. n.:>÷емный канал 8 - с осветительнь;; кана-" лом 3.

Таким обоаэом, вследствие vc-o иения засветки >эегист»>атооон n=*>»e,:

1059530

Составитель В.Кравченко

Редактор М.Янович Техред И.Иетелева Корректор Г.Ремонтник

Заказ 9826/51 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгооод, ул. Проектная. 4 ных каналов от оптически несопряженных с ними осветительных каналов в предлагаемом оптическом приборе увеличивается контрастность теневых картин, что позволяет более точно по сравнению с известными устройствами измерять параметры прозрачных неоднородностей.