Устройство для измерения градиента показателя преломления

 

Изобретение относится к области оптических методов исследования физических свойств объектов, влияющих на параметры зондирующей световой волны, и может быть использовано в химической. Электронной, оптико-механической, .пищевой промышленности , а также при проведении научных исследований в области гидроаэродинамики , физики плазмы. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности . В устройстве для измерения градиента показателя преломления, содержащем источник света, размещенный в фокальной плоскости осветительного объектива, размещенный за этим объективом приемный объектив, помещенный за ним пространственный фильтр с блоком регистрации теневой картины, лазер с дефлектором. оптически сопряженный с координатно-чувствительным фотоприемником, и средства сопряжения в виде двух полупрозрачных плоскопараллельных пластин, одна пластина размещена перед осветительным объективом , а вторая -за приемным объективом, при этом дефлектор установлен так, что выходящий из него луч находится в фокусе главного осветительного объектива, а координатно-чувствительный Фотоприемник помещен в фокальной плоскости главного приемного объектива. 2 ил. ел

сОюз сОВетских

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 5 G 01 И 21/45

ГОСУДАРСТВЕН4ь! Й КОМИТЕТ

ГЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821611/25 (22) 28.04.90 (46) 07.01.92. Бюл. N 1 (71) Институт проблем механики АН СССР (72) Е.B.Ãóìåííèê (53) 535.24(088.8) (56) Бажинов В.А. и др. Лазерный микрорефрактометр для измерения градиента температуры в жидкости. — Приборы и техника эксперимента, 1979. hk 2. с. 280-282.

Авторское свидетельство СССР

N. 1226195, кл. G 01 N 21/41, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области оптических методов исследования физических свойств объектов, влияющих на параметры зондирующей световой волны, и может быть использовано в химической, Электронной, оптико-механической, пищевой промышленности, а также при проведении научных исследований в области гидроаэродинамиИзобретение относится к области оптических методов исследования объектов, содержащих прозрачные неоднородности показателя преломления, и может быть использовано для технологического контроля в различных отраслях народного хозяйства, например, в химической, оптико-механической, пищевой промышленности, а также в гидроазродинамике, теплофиэике, физике плазмы.

Известны лазерные рефрактометры. позволяющие получать оперативную количественную информацию о градиенте Ы,, 1704038 А1 ки, физики плазмы. Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение точности. В устройстве для измерения градиента показателя преломления, содержащем источник света, размещенный в фокальной плоскости осветительного объектива, размещенный за этим объективом приемный объектив, помещенный за ним пространственный фильтр с блоком регистрации теневой картины, лазер с дефлектором, оптически сопряженный с координатно-чувствительным фотоприемником, и средства сопряжения в виде двух полупрозрачных плоскопараллельных пластин, одна пластина размещена перед осветительным обьективом, а вторая — за приемным сбьективом, при этом дефлектор установлен так, что выходящий из него луч находится в фокусе главного осветительного объектива, а координатно-чувствительный фо;оприемник помещен в фокальной плоскости главного приемного объектива. 2 ил. показателя преломления. Однако измерение полевых параметров градиента покэээтеля преломления с помощью таких систсч затруднительно.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее источник излучения (например, точечный или щелыоГ1), осветительный объектив, связанный с источником излучения, приемный объектив, связанный с пространственным фильтром (форма фильтра согласована с формой источника излучения), лазер, оптически связанный с дефлектором, и координатно1704(8 чувствительный фотоприемник (КЧФ). Такая измерительная система позволяет получать информацию об исследуемом объекте одновременно в виде визуально наблюдаемой и регистрируемой теневой картины и в форме электрического сигнала лазерного рефрактометра. К недостаткам зтогр устройства относятся сложность и громоздкость конструкции, а также недостаточно высокая точность измерений. Это связано с тем, что при измерении полевых характеристик в ветви лазерного рефрактометра необходимо использовать объективы (передающий и приемный), которые по своим габаритным и оптическим параметрам аналогичны главным обьективам теневого прибора, которые, как известно, имеют большие размеры и высокую стоимость.

Кроме того, для согласования оптических ветвей теневого прибора и лазерного рефрактометра требуются плоскопараллельные полупрозрачные пластины больших разя еров (в 2 раза больше, чем поле зрения теневого прибора) и высокого оптического качества. Использование этих пластин ведет к снижению точности измерений градиента показателя преломления в объеме, так как на результаты этих измерений оказываIo7 влияние неоднородности самих пластин.

Кроме того, крупногабаритные высококачественные оптические пластины имеют значительную толщину и их использование едет к двоению теневого изображения обь ;та и к снижению точности измерения.

Цель из с рета ния — упро цен 1е конструкции и погышенис точности измерения.

Постае енная цель достигается за счет ..; ro, что в устройстве для из лере«, гя градитз -,эказате я преломления, с:.; жгщем то .; к излу-ения и расположен,ые по xo, l12ëó гения с етительный объектив, в фо а;L)tcй и";..-.r .ocTè которого расположен и:то,«»к излучения, приемный обьектив, прос1ранственный фильтр и t oê регистрации тенесой картины, а также лазер с де;, ."ектором, оптичегки сопряженный с КЧФ, и две полупрозрачные плоскопара лельные

;,.;;-.стины, одна из пластин расположена

flàë;ду источником излучения и осветитель.:, . обьективом, вторая — по ходу излучения пластина — за приемньм сбьектн ом, при этом дефлектор расположен в фокальной плоскости осветительного обьектива, и через полупрозрачные пластины сопряжен с

КЧО, установленным в фокальной плоскости приемного объектива.

На фиг. 1 представлено устройство, первый вариант; на фиг. 2 — To же, второй вариант.

Первое устройство содеожит источник 1 излучения, осветительный сбъектив 2, исследуемый объект 3, приемный объектив 4, пропорциональный фильтр 5, блок 6 регистрации теневой картины, лазер 7, дефлектор

8, полупрозрачные пластины 9 и 10, КЧФ 11.

Устройство работает следующим образом.

С помощью источника 1 излучения, расположенного в фокальной плоскости осветительного обьектива .2, формируется широкий параллельный световой пучок, который зондирует исследуемый обьект 3.

Неоднородности показателя преломления в исследуемом объекте вызывают отклонения лучей широкого зондирующего пучка в местах локализации этих неоднородностей. После взаимодействия с объектом широкий световой пучок преобразуется приемным объективом 4 и осуществляется егб пространственная фильтрация с помощью пространственного фильтра 5, который располагается в фокальной плоскости приемного объектива 4. При этом, так как характеристики пространственного фильтра согласованы с характеристиками источника излучения (например, щелевой источник излучения — нож Фуко), то через пространственный фильтр проходят лишь те световые лучи, которые были отклонены неоднородностями объекта от направления невозмущенного распространения. Прошедшие через пространственный фильтр 5 лучипопадают в блок б регистрации теневой картины обьекта, в котором происходит формирование и регистрация теневой картины объекта, Одновременно с широким световым пучком сбьект зонд руется узким лазерным пучком, который генерируется лазером 7, и после отклонения дефлектором 8 i.àïðàâëÿется v исследуемый обьект с помощью полупрозрачной пластины 9. Полупрозрачная пластина 9 располагается таким образом, чтобы дефлектар 8 находился в фокальной плncrcсти осветительного обьектива 2. В этом лучае отклонения с помощью дефлектора 8 лазерного пучка по углу трансформируются oсветиTåëüным обbåктивом в плоскопараллельное его персмещение в области исследуемого объекта 3, что .озволлет путем соответствующе о управления дефлектором вывести зондирующий лазерный пучок в neCyio область исследуемого объекта, представю.ощую интерес для исследования по результатам качественногз анализа теневой картины, При атолл лазерный зондирующий пучок в любом рабочем положении параллелен лучам широкого светового пучка от источника 1 излучения. Про1;04038

55 шед.ич.й врез обьек- 3 лазерный пучок с помощью полупрозрачной пластины 10 направляется í", КЧФ 11. При этом пласть.на

i0 располагается так м образом, чтобы светочувствительная поверхность КЧФ 11 находилась в g.скалы о плоскости приемного объектива 4, При этом лазерный пучок будет отклоняться на поверхность КЧФ лишь тогда, когда зондирующий пучок проходит через оптически неоднородные области объекта. Сигнал на выходе КЧФ пропорционален этим отклонениям и связан с измеряемой величиной градиента показателя преломления через электрические параметры КЧФ и оптические параметры приемной оптической системы. Часть лазерного пучка, прошедшая через пластину 10, создает метку на теневой картине, маркирующую ту область объекта, в котомкой в данный момент времени производится измерение с помощью лазерного рефргктометра.

Одновременная регистрация информации об объекте с помощью лазерного рефрактометра и теневой картины с маркером области измерения лазерного рефрактометра позволяет существенно упростить процесс дальнейшей обработки теневой картины с целью получения по ней количественной информации путем фотометрирования, так как в этом случае не требуется использования эталонного фазового объекта, а привязка степени почернения на теневой картине к величине угла рефракции производится по результатам измерения лазерным ргфрактометром.

Втрое устрсйсте содержит источник 1 излучения, осветительную оптическую систему 12, первую согласующую оптическую систему, вкгючающую s себя обьектив 13 и полупрозрачную пла тину 9, лазер 7, дефлектср 8, осветительный объектив 2, объект 3 исследоеани, приемный обьектив 4, пространственный фильтр 5, вторую согласующую оптическую систему, включающую в себя полупрозрачную пластину 10 и объектив 14, блок G регистрации теневой картины, КЧФ 11.

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

В фскальной плоскости А осветительного объектива 2 с помощью осветительной оптической системы 12 формируется изображение источника 1 излучения. Таким об-разом, объект 3 освещается широким параллельным пучком света. Взаимодействие этого пучка с объектом и формирование теневой картины осуществляется аналогично тому, как это происходит при работе первого устройства. Дефлектор 8 располагается таким обр зом, чтобы в плоскости А находилось его изображение, формируемое с помощью обьектива 13 и полупрозрачной пластины 9. Тогда при подаче на дефлектор управляющего сигнала (блок управления де4,лектором не показан) в плоскости А происходит лишь угловое смещение лазерного пучка и не происходит изменения его пространственного положения в этой плоскости, Таким образом, пучок лазерного рефрактометра может быть установлен в требуемую точку объекта аналогично тому, . как в первом устройстве.

Полупрозрачная пластина 10 и объектив

14 располагаются таким образом, что светочувствительная поверхность КЧФ 11 является оптически сопря кенной с плоскостью расположения пространственного фильтра

5. Если в объекте 3 отсутствуют оптические неоднородности, то лазерный и,";ок лазерного рефрактометра, проходя через различные области объекта. попадает в одну и ту же точку плоскости, где располагается пространственный фильтр, а далее, отражаясь от пластины 10 и проходя через объектив 14, этот пучок попадает в одну и ту же точку светочувствительной поверхности КЧФ. Если в области объекта, через которую проходит лазерный пучок, имеется оптическая неоднородность, то лазерный пучок испытывает в плоскости фильтра 5 пространственное и угловое смещение по отношению к направлению невоэмущенного распространения, а после отражения от пластины 10 и прохождения через объектив 14 отклоняется от первоначального положения на поверхности КЧФ 11. Это отклонение, несущее информацию об объекте, преобразуется с помощью КЧФ 11 в электрический сигнал и регистрируется.

Формула изобретения

Устройство для измерения градиента показателя tðåëîìëåíèë, содержащее источник излучения и расположенные по ходу излучения осветительный объектив, в фркальной плоскости которого расположен источник изгучения, приемный объектив, пространственный фильтр и блок регистрации теневой картины, а также лазер с дефлектором, оптически сопряженный с координатно-чувствительным фотоприемником, и две полупрозрачные плоскопараллельные пластины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности, одна иэ пластин расположена между источником излучения и осветительным объективом, другая по ходу излучения пластина — за приемным объективом, при этом дефлектор расположен в фокальной плоскости осветительного 704030 объектива и через полупрозрачные плэсти- ным фотоприемником,установленным в фоны сопряжен с координатно-чувствитель- кальной плоскости приемного обьектива. тт ж,2

Состав тель lO. Грлмева

Техр: i M.Чорггнтал Корректор Н, Кучерявая

3экээ 58 Тираж Подписное

5,"И! 1 ПИ Госудврствемного комите1 э па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбимат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина. 301