Устройство для измерения индикатрис рассеяния света

 

Изобретение относится к оптическим устройствам для излучения размеров, формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеянного ими света. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых амплитуд рассеянного света при сохранении точности измерений. Для этого сигналы фотоприемника 15 рассеянного излучения, фотоприемника 16 вспомогательного канала подаются на блок 20 сравнения, и по величине большего из них формирователь 21 кода управления вырабатывает цифровую комбинацию, однозначно определяющую необходимую кратность ослабления потока лазера для согласования мощности излучения на выходе управляемого оптического ослабителя 2 с динамическим диапазоном облученности чувствительных элементов фотоприемников 15 и 16. Цифровая комбинация с выхода формирователя 21 кода управления, преобразованная в управляющее напряжение формирователем 29 управляющего напряжения, через усилитель 30 поступает на вход электрически управляемого оптического ослабителя 2. Благодаря этому осуществляется автоматическое изменение амплитуды падающего на исследуемую среду светового потока в зависимости от амплитуды регистрируемого рассеянного светового потока, вследствие чего облученность фотоприемников 15 и 16, регистрирующих рассеянный световой поток, автоматически поддерживается в строго заданном, оптимальном с точки зрения погрешности измерений, динамическом диапазоне. Это позволяет измерять индикатрисы рассеяния, степень "вытянутости" которых порядка десяти и более. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg)g G 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4601361/24-25 (22) 04.11.88 (46) 30.1 0.90. Вюл. Р 40 (72) А.Н.Столяров, В.П.Коваленко и П.А.Таразанов (53) 535.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р- 795162> кл. Г 01 N 21/01, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1481649 кл. G 01 N 21/01, 1987. . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ?ПРЕНИЯ ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ СВЕТА (57) Изобретение. относится к оптическим устройствам для изучения размеров, формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеянного ими света. Цель изобретения— расширение динамическогб диапазона измеряемых амплитуд рассеянного света при сохранении точности измерений.

Для этого сигналы фотоприемника 15 рассеянного излучения, фотоприемника

16 вспомогательного канала подаются на блок 20 сравнения, и по величине большего из них формирователь 21 кода управления вырабатывает цифровую комбинацию, однозначно определяющую

„„SU„„1603255 A 1

2 необходимую кратность ослабления потока лазера для согласования мощности излучения на выходе управляемого оптического ослабителя 2 с динамическим диапазоном облучеьности чувствительных элементов фотоприемников 15 и 16.

Цифровая комбинация с выхода формирователя 21 кода управления, преобразованная в управляющее налряжение формирователем 29 управляющего напряжения, через усилитель 30 поступает на вход электрически управпяемсц о оптического ослабителя 2. Благодаря этому осуще. ствляется автоматическое изменение амплитуды падающего на исследуемую среду светового потока в зависимости от амплитуды регистрируемого рассеянного светового потока, вследствие чего облученность фотоприемников 15 и 16, регистрирующих рассеянный свето- С вой поток, автоматически поддерживается в строго заданном, оптимальном с точки зрения погрешности измерений, динамическом диапазоне. Это позволяет измерять индикатрисы рассеяния, степень "вытянутости" которых порядка С5 десяти и более. 2 нл. Ю

У (;лР

1603255

Изобретение относится к оптическим устройствам для изучения размеров,:. формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеян-

<5 ного ими света.

Целью изобретения является расшире- . ние динамического диапазона измеряе",; .t ю мых амплитуд рассеянного света при сохранении точности измерений. 10

Иа Фиг. 1 представлена оптико-меха--, ническая схема предлагаемого устройства для измерения индикатрис рассея-ния света; на Фиг. 2 — блок-схема устройства. 15

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 излучения, последовательно расположенные на пути излучения электрически управляемый оптический ослабитель 2, неподвижную призму 3, призму 4, снабженную механизмом 5 вращения, диск-модулятор 6, жестко закрепленный на валу механизма 5 вращения, . с расположенными по окружности отверстиями, причем электрически управляе- 25 мый оптический ослабитель 2 размещен на пути излучения -между источником 1 излучения и неподвижной призмой 3, оптически замыкающиеся через отверстия в диске-модуляторе 6 оптронные пары 7 и 8 реперов начала цикла сканирования и реперов угла сканирования соответственно, соосные кольцевые зеркала 9 и 10, выполненные в виде вогнутых сфер и расположенные софокусно между собой по обе стороны неподвижной призмы 3 соосно.с осью вращения призмы 4. Кроме того, устройство содержит плоские зеркала 11 — 13, рас-, положенные в Фокусах зеркал 9 и 10 40 под углом к световому потоку (в частности, угол наклона равен 45 ), фотоприемник 14 прямого излучения, распоI ложенныи на пути потока излучения источника 1, отраженного зеркалом 11, 45 фотоприемник 15 рассеянного излучения измерительного канала и фотоприемник

16 рассеянного излучения вспомогательного канала, расположенные на пути потоков излучения, отраженных зеркалами 5р

12 и 13, причем зеркала 11 и 12 установлены в диаметрально противополож- ных фокусах кольцевых зеркал 9 и 10, а зеркало 13 установлено с возможностью перемещения совместно с фотопри- 55 емником 16 по окружности, в плоскости, центр которой совпадает с осью симметрии софокусных зеркал 9 и 10, а плоскость перпендикулярна этой оси.

Устройство содержит также последовательно включенные (Фиг. 2) разностный сумматор 17, линейный детектор 18 и преобразователь 19 напряжение — частота, блок 20 сравнения, формирователь

21 кода управления, логический элемент 2 ИЛИ 22, первый одновибратор 23, RS-триггер 24, второй одновибратор 25, логический элемент 3 ИЛИ 26, третий и четвертый одновибраторы 27 и 28, I формирователь 29 управляющего напряжения, усилитель 30, синхронизатор 31, коммутатор 32 регистрируемого сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 33 и регистр 34. При этом вычитающий вход разностного сумматора 17 подключен к электрическому входу фотоприемника 15 и первому входу коммутатора 32, а суммирующий вход — к электрическому выходу фотоприемника 16, выход преобразователя

19 напряжение-частота подключен к первому входу логического элемента 3

ИЛИ 26, второй и третий входы которого подключены соответственно к электрическому выходу оптронной пары 8 реперов угла сканирования и к управляющему выходу коммутатора 32. Установочный вход синхронизатора 31 подключен к электрическому выходу оптронной пары 7 реперов начала цикла, выход синхронизатора 31 подключен к управляющему входу регистратора 34, информационный вход АЦП 33 подключен к информационному выходу коммутатора 32, второй вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника 14 прямого излучения, электрические выходы приемников 15 и 16 подключены соответственно к первому и второму входам блока 20 сравнения, первый и второй выходы которого подключены соответст-, венно к первому и второму входам формирователя 21 кода управления и к первому и второму входам логического элемента 3 ИЛИ ?2, выход которого через первый одновибратор 23 подключен к

S-входу RS-триггера 24, выход которого через второй одновибратор 25 подключен к третьему входу формирователя 21 кода управления, первый выход которого подключен к первому входу формирователя 29 управляю:чего напряжения, второй вход которого объединен с четвертым входом Формирователя 21 кода управления и подключен к третьему входу логиче< кого элемента 3 ИЛИ

26, выход которого через третий однонему фронту этих импульсов, поступают на управляющий вход АЦП 33. Кроме этого на управляющий вход АЦП через логический элемент 3 ИЛИ ?6 поступают

; выходные импульсы реперов угла пово-, .рота. Выходные импульсы логического элемента 3 ИЛИ 26 поступают на управляющие входы АЦП 33 и синхронизатора 31, где осуществляется временная привязка импульсов запуска

5 16032 вибратор 27 подключен к R-входу RS" триггера 24, а через четвертый одно.вибратор 28 — к управляющим входам

АЦП 33 и синхронизатора 31, причем.

5 выход формирователя 29 управляющего напряжения через усилитель 30 подключен к электрическому входу управляемого оптического ослабителя 2, а второй выход формирователя 21 кода управ-1п ления подключен к второму информационномуу входу р ег истр а 34 .

Перемещение по окружности фотоприемника 16 с зеркалом 13 позволяет регулировать время опережения развертки индикатрисы на фотоприемнике

1& рассеянного излучения вспомога. тельного канала по отношению к развертке индикатрисы рассеянного излу чения на фотоприемник 15 измерительного канала.

Устройство работает следующим образом.

Поток от источника 1 излучения проходит через управляемый оптический 25 ослабитель 2 и, отражаясь от призм 3 и 4 и кольцевых зеркал 9 и 10, попадает на следующий объект, Далее он проходит через центр исследуемого объекта под различными углами по от — 30 ношению к первоначальному направлению

< потока излучения в зависимости от углового положения призмы 4. Рассеянное частицами излучение после отражения от кольцевого зеркала 10 собира-. ется в фокусе F< и, отражаясь от поверхностей зеркал 12 и 13, попадает на фотоприемники 15 и 16 соответственно.

B.процессе развертки по углу (пу- 4р тем вращения призмы 4) на электрических выходах фотоприемников 15 и 16 возникают идентичные по форме и равные по величине сигналы, пропорциональные интенсивности рассеянного из- 4g лучения. Эти сигналы сдвинуты между

|собой на время, пропорциональное заранее заданному углу 6g, определяемому положением зеркал 12 и 13 и фотоприемников 15 и 16 в плоскости, проходящей через фокусы кольцевых зеркал

9 и 10 и соответственно, равному углу между оптическими осями, проходящими через центры зеркал 12 и 13 и ось симметрии кольцевых зеркал 9 и 10. Обеспечение равенства амплитуд этих сигналов, соответствующих одинаковым вначениям угла между падающим на объект и рассеянным световыми потоками, 55 6 достигается подбором коэффициентов преобразования фотоприемников (регулировкой коэффициентов передачи встроенных в фотоприемники 15 и 16 предварительных усилителей перед началом эксперимента) . Сигнал фотоприемника 15 опережает сигнал фотоприемни" ка 16 во времени на интервал gt htf Q, где (д — угловая скорость вращения призмы 4. При попадании отраженного зеркалом 11 потока излучения на оптический вход фотоприемника 14 на его электрическом выходе возникает сигнал, пропорциональный интенсивности нерассеянного излучения, который через информационный выход комму гатора 32 регистрируемого сигнала поступает на информационный вход АЦП 33. Одновременно управляющий выходной сигнал коммутатора 32 через свой управляющий выход поступает на вход логического элемента 3 ИЛИ 26, с выхода которого через одновибратор 28 поступает на управляющий вход АЦП 33. При этом. цифровая кодовая комбинация, соответствующая измеренной величине интенсивности, поступает на цифровой регистратор 34 (оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) r. ЭВМ.

Электрические сигналы фотоприемников 15 и 16 поступают на вход разно-. стного сумматора 17, выходной сигнал которого пропорционален их разности.

Линейный детектор 18 производит коммутацию сигналов отрицательной полярности так, что на его выходе формируется сигнал прямо пропорциональный модулю скорости изменения сигнала на выходе фотоприемника 15. Да.-ее однополяр ный сигнал с выхода линейного детектора 18 поступает на вход преоб разователя 19 напряжение-частота, частота выходных импульсов которого пропорциональны модулю разности сигналов фотопреобразователей 15 и 16, Выходные импульсы преобразователя 19 через логический элемент 3 ИЛИ 26 и одновибратор 28, срабатывающий по зад1603255

АЦП 33. Управляющие импульсы синхронизатора 31 по команде с логического элемента 3 ИЛИ 26 синхронна с циф ровой комбинацией с выхода АЦП 33 поступают в регистратор 34 (оперативное запоминающее устройство ЭВМ). Таким образом осуществляется преобразование аналогового сигнала в цифровой код и прием его регистратором 34 с часто- 10 той, пропорциональной скорости изменения амплитуды рассеянного светового потока в зависимости от угла, что обеспечивает рациональное использование объема памяти регистратора 34 .при сохранении точности.

Управление величиной потока излучения на выходе электрически управляемого оптического ослабителя 2.осу- ществляется следующим образом. Сигна- 0 лы фотоприемников 15 и 16 поступают на входы блока 20 сравнения, где в процессе измерения непрерывно осуществляется сравнение величин их значений с верхней и нижней границами за- 25 данных пороговых уровней. При выходе одного из сигналов, поступающих на первый и второй входы блока 20, из зоны, определяемой заданными пороговымй уровнями на первом или на втором выходах блока 20 возникает напряжение Логической единицы. Это .вызывает изменение состояния с логического нуля на логическую единицу выхода логического элемента 2 ИЛИ 22,и в момент этого перехода одновибратор 23 Формирует сигнал, поступающий на S-вход

RS-триггера 24. Установка в нулевое состояние RS-триггера 24 осуществляется короткими по длительности импуль-40 сами с выхода одновибратора 27, формируемыми по передним <Ъронтам импульсов с выхода логического элемента 3 ИЛИ

26, т.е. всей последовательности импульсов опроса АЦП 33. Таким образом, 45 только в том случае, если прямой выход RS-триггера 24 бып установлен в нулевое состояние и при поступлении на его S-вход выходного импульса одновибратора 23, его прямой выход пере- 50 ходит в состояние логической единицы, а последующий импульс опроса с выхода одновибратора 23 вновь -возвращает прямой выход RS-триггера 24 в состояние логического нуля, по заднему фронту сигнала с прямого выхода RS-триггера 24 одновибратор 25 формирует синхроимпульс, поступающий на третий ,вход формирователя 21 кода управле.— ния. Каждый акт перехода пороговых уровней в блоке 20 сравнения фиксируется Формирователем 21 кода управления согласованно с временем опроса по выходным импульсам преобразователя 19 напряжение — частота и импульсам реперов угла сканирования с выхода оптронной пары 8. Выходная цифровая комбинация формирователя 21 кода управления поступает на формирователь

29 управляющего напряжения, выходное напряжение которого через усилитель

30 поступает на электрический вход электрически управляемого ослабителя 2, вызывая при этом изменение его коэффициента пропускания. Кроме того, выходная цифровая комбинация Формирователя 21 кода управления поступает на второй информационный вход регистратора 34. Разделение массивов информации по циклам сканирования производится по команде прерывания, поступающей с электрического выхода оптронной пары 7 начала цикла на установочный вход синхронизатора 31. Таким образом, в процессе эксперимента в регистраторе 34 Формируются массивы информации: цифровые коды с выхода

АЦП 33, соответствующие амплитудным значениям рассеянного светового потока в момент запуска АЦП 33, и интенсивности излучения источника 1 в мо мент развертки по углу, цифровые коды времени следования импульсов запуска АЦП 33, однозначно связанные с текущим значением угла поворота призмы

4, и цифровые комбинации, однозначно определяющие величину падающего на объект потока во все моменты опроса

АЦП 33. В результате устройство обеспечивает автоматическое изменение интенсивности излучения, направляемого на исследуемый объем в зависимости от амплитуды рассеянного светового потока.

Благодаря этому облученность фотоприемников, регистрирующих рассеянный поток, автоматически поддерживается в строго заданном, оптимальном (с точки зрения минимума погрешности измерений) динамическом диапазоне, что обеспечивает сохранение высокой точности измерений в широком диапазо- . не изменений амплитуды рассеянного светового потока.

Формула изобретения

Устройство для измерения индикат= рис рассеяния света, содержащее ис1603255 1О точник излучения, последовательно расположенные по ходу излучения неподвижную призму и призму, снабженную механизмом вращения, два соосных кольцевых зеркала, выполненных в виде вогнутых сфер и расположенных софо-. кусно по обе стороны неподвижной призмы, причем первое из них расположено соосно с осью вращения призмы, два плоских зеркала, расположенных под углом к оси потока излучения в диаметрально противоположных фокусах кольцевых зеркал перед фотоприем« никами прямого излучения и рассеянного излучения измерительного канала, диск-модулятор, жестко закрепленный на валу механизма вращения призмы, оптически замыкающиеся через отверстия в диске-модуляторе оптронные пары реперов начала цикла и реперов угла сканирования, фотоприемник рассеянного излучения вспомогательного канала с плоским зеркалом, установленным под углом к оси потока иэлуче- 25 ния, в фокусе кольцевых зеркал со смещением относительно плоского зеркала, установленного перед фотоприемником рассеянного излучения измерительного канала в направлении, проти- ЗО воположном вращению призмы, с воэможностью перемещения совместно с фотоприемником рассеянного излучения вспомогательного канала по окружности в плоскости, проходящей через фокусы кольцевых зеркал, оси симметрии которых совпадают с центром окружности, разностный сумматор, линейный детектор, преобразователь напряжение— частота, синхронизатор, коммутатор 4р сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), логический элемент ИЛИ

3 и регистратор, при этом вычитающнй вход разностного сумматора подключен к. электрическому выходу фотоприемника 45 рассеянного излучения измерительного канала и первому входу коммутатора, суммирующий вход разностного сумматора подключен к электрическому выходу фотоприемника рассеянного излучения вспомогательного канала, выход сумматора через последовательно включенные линейный детектор и преобразователь напряжение — частота подключен к первому входу логического элемен- 55 та ИЛИ 3, второй и третий входы которого подключены соответственно к электрическому выходу оптронной пар реперов угла сканирования и управляющему выходу коммутатора, установочный вход синхронизатора подключен к электрическому выходу оптронной пары начала цикла, выход синхронизатора подключен к управляющему входу регистратора, информационный вход котороо подключен к выходу АЦП, информационный вход АЦП подключен к информационному выходу коммутатора, второй вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника прямого излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измеряемых амплитуд рассеянного света при сохранении точности измерений, в него введены управляемый оптический ослабитель, расположенный на пути излучения между источником излучения и неподвижной призмой, блок сравнения, формирователь кода управления, формирователь управляющего напряжения, логический элемент ИЛИ

2, усилитель, RS-триггер и четыре одновибратора, при этом электрические выходы фотоприемников рассеянного излучения измерительного и вспомогательного каналов подключены соответственно к первому и второму входам блока сравнения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам формирователя кода управления и первому и второму входам логического элемента ИЛИ ?, выход которого через первый одновибратор подключен к S-входу RS-триггера, выход которого через второй одновибратор подключен к третьему входу формирователя кода управления, .первый выход которого подключен к первому

1 входу формирователя управляющего на, пряжения, второй вход которого объединен с четвертым входом формирователя кода управления и подключен к третьему входу логического элемента ИЛИ 3, выход которого через третий одновибра! тор подключен к R-входу Rs-триггера, а через четвертый одновибратор — к управляющим входам АЦП и синхронизатора, причем выход формирователя управляющего напряжения через усилитель подключен к электрическому входу управляемого оптического ослабптеля, а второй выход формирователя кода управления подключен к второму информационному входу регистратора.

1603255

Составитель Е.Маколкин

Техред М.Ходанич Корректор Т.Малец

Редактор Ю.Середа

Заказ 3380 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101