Теневой фотоэлектрический способ и теневой прибор для исследования нестационарных процессов

 

1. Теневой фотоэлектрический способ исследования нестационарных процессов, заключающийся в том, что в плоскости изображения теневого прибора вьделяют участок в виде щели малой ширины меньше размеров исследуемой неоднородности, края которой параллельны кромкам ножа Фуко, и осуществляют фотоэлектрическую регистрацию светового потока, проходящего через' щель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности способа, ножом Фуко перекрывают изображение щели на величину, большую или равную ширине дифракционного максимума исследуемой неоднородности, и производят регистрацию сигнала, поступающего с фотоэлектрической приставки, при повышенном в 10-100 раз по сравнению с обычным коэффициенте усиления фотоэлектрической приставки.i(ЛС00/J 2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Р1..СПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Р 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2834201/18-25 (22) 30. 10. 79 (46) 30. 03. 86. Бюл. N- 12 (72) И.В.Ершов, В.Е.Алехин и Л.А.Васильев (53) 535.322.4(088.8) (56) Васильев Л.А., Ершов И.В. Применение дифракционного теневого метода для количественного определения интенсивности плоского скачка уплотнения в сверхзвуковом потоке ДАН

СССР, 157, 2, 1964, с. 317-320.

W.I.Witteman Instrument to Measure Density Profiles behind Shock

waves. The Rev. of Scientific instruments, v. 32, У 3, 1961, р.292-296.

Васильев Л.А., Галанин А. Г., Ершов И.В., Сунцов Г.Н. Теневой фотоэлектрический метод исследования нестационарных процессов. — "Приборы и техника эксперимента", 1964, 9 3, с. 195-199.

ÄÄSUÄÄ 807776 А

594 G 01 N 21/41 G 02 В 27 60 (54) ТЕНЕВОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР И ТЕНЕВОЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ. (57) 1. Теневой фотоэлектрический способ исследования нестационарных процессов, заключающийся в том, что в плоскости изображения теневого прибора выделяют участок в виде щели малой ширины меньше размеров исследуемой неоднородности, края которой параллельны кромкам ножа Фуко, и осуществляют фотоэлектрическую регистрацию светового потока, проходящего через щель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности способа, ножом Фуко перекрывают изображение щели на величину, большую или равную ширине дифракционного максимума исследуемой неоднородности, и производят регистрацию сигнала, поступающего с фотоэлектрической приставки, ! при повышенном в 10-100 раз по сравнению с обычным коэффициенте усиления фотоэлектрической приставки.

807776

2. Теневой прибор для исследова- тем, что в поле предметов теневония нестационарных процессов спосо- го прибора установлена дополнитель,— бом по п. 1, включающий в себя ная диафрагма-щель, края которой паосветительную и приемную части, раллельны кромкам ножа Фуко и освещель в осветительной и нож Фуко в тительной щели теневого прибора, приемной части прибора, фотоэлект- а ширина — больше или равна ширине рическую приставку и регистрирующий дифракционной картины исследуемой осциллограф, о. т л и ч а ю шийся неоднородности.

Изобретение относится к области оптико-физических способов исследования нестационарных процессов и прозрачных неоднородностей и может быть использовано в экспериментальной аэродинамике и аэрофизике.

Известен способ определения дополнительной разности хода световых лучей и интенсивности скачка уплотнения на модели с помощью использования дифракционных явлений на плоских оптических неоднородностях.

Однако, с помощью данного метода можно измерять фотографическим способом только прямые скачки уплотнения при начальчых плотностях > 0,75 х х 10 г/см и перепаде плотности на скачке p / p > 3.

Известны теневые приборы с фотоэлектрической регистрацией, состоя.щие из источника света, коллиматорной и приемной частей, щели в осветительной части и ножа Фуко в приемной части прибора, фотоэлектрической приставки и регистратора.

Основным недостатком этого типа устройств является их относительно малая чувствительность к изменению параметров процесса. Кроме того, регистрируется интегральная характеристика процесса (изменение показателя преломления). Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является теневой фотоэлектрический способ исследования нестационарных неоднородностей, заключающийся в том, что в плоскости изображения теневого прибора выделяется участок в виде щели малой .ширины/меньше размеров исследуемой неоднородности, края которой параллельны кромкам ножа Фуко, и осуществляется фотоэлектрическая регистрация светового потока, проходящего через щель. Теневой прибор с фотоэлектрической регистрацией для реализации данного способа состоит из источника света, коллиматорной и приемной частей, щели в осветительной части, ножа Фуко в приемной части прибора, диафрагмы — щели малых размеров (меньше размеров ис16 следуемой неоднородности) в плоскости изображения теневого прибора, фотоэлектрической приставки и осциллографа, с помощью которых осуществляется теневой фотоэлектрический метод.

Использование теневого фотоэлектрического способа исследования нестационарных оптических неоднородностей позволяет получать данные о структуре процесса, его характерных зонах, щ измерить ряд параметров исследуемых неоднородностей. Например, при применении теневого фотоэлектрического способа для исследования процесса распространения ударной волны в ударной трубе можно получить не только общее представление о структуре ударной волны, но также измерить продолжительность потока, скорости ударной волны и контактной поверхности, размеры зон неравновесных процессов

30 за фронтом ударной волны и т.д.

В приближении геометрической оптики чувствительность теневого фотоэлектрического способа определяется выражением

Р.С,Ь, где С< " постоянная, определяемая углом наклона характеристической кривой фотоумножителя и регистрирующих устройств;

807776 4

 — постоянная, зависящая от яркости источника света, поглощения системы и т.д., h — - высота открытой части изображения осветительной щели теневого прибора, — фокусное расстояние основного объектива приемной части теневого прибора.

К недостаткам известного технического решения относится то что

У реальная чувствительность способа ограничивается дифракцией на исследуемой неоднородности и визуализирующей диафрагме прибора и фоновой засветкой. Дифракционные ограничения связаны с разрешающей силой и чувствительностью прибора и могут быть уменьшены только при ухудшении этих характеристик.

Из-за высокой чувствительности фотоэлектрической системы практическая чувствительность способа очень существенно зависит также от величины фоновых засветок, обусловливаемых рассеянием света на неоднородности, оптических и конструктивных элементах. Величина фонового сигнала определяется общей величиной светового потока, проходящего через все поле прибора. С увеличением светового потока возрастает роль шумов, уменьшается минимальная величина освещенности, которая еще может быть зарегистрирована. Влияние дифракционных явлений на ухудшение чувствительности прибора и способа наиболее сильно сказывается при изучении слабых неоднородностей.

Цель изобретения — повышение чувствительности теневого фотоэлектрического способа и теневого прибора с фотоэлектрической регистрацией.. для его осуществления.

Это достигается тем, что в теневом фотоэлектрическом способе исследования нестационарных процессов, заключакицемся в том, что в плоскости изображения теневого прибора выделяют участок в виде щели малой ширины меньше размеров исследуемой неоднородности, края которой параллельны кромкам ножа Фуко, и осуществляют фотоэлектрическую регистрацию светового потока, проходящего через щель, ножом Фуко перекрывают изображение щели на величину большую или равную ширине дифракционного максимума ис5

20 следуемой неоднородности, и производят регистрацию сигнала, поступающего с фотоэлекрической приставки, при повышенном в 10-100 раз по сравнению с обычным коэффициенте усиления фотоэлектрической приставки.

При этом, в теневом приборе, реализующем теневой фотоэлектрический способ, включающем в себя осветительную и приемную части, щель в осветительной и нож в приемной части прибора, фотоэлектрическую приставку и регистрирующий осциллограф, в поле предметов теневого прибора установлена дополнительная диафрагма-щель, края которой параллельны кромкам ножа Фуко и осветительной щели теневого прибора, а ширина — больше или равна ширине дифракционной картины исследуемой неоднородности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема теневого прибора.

Теневой прибор содержит освети25 тельную часть, включающую осветитель 1 и щель 2, коллиматорную часть 3, дополнительную диафрагму-щель 4, нож 5

Фуко и приемную часть, включающую фотоэлектрическую приставку 6 и реЗо гистррущии сциллограф

В рабочем поле, находящемся между оптическими элементами коллиматорной части 3 устанавливают дополнительную диафрагму-щель 4, края которой параллельны краям ножа 5 Фуко и щели 2 ос35 в етителя 1 тен ев ого прибора, а ширина — больше или равна дифракционной картине. Ножом теневого прибора полностью перекрывают изображение щели и устанавливают его от края изображе40 ния щели на расстояние большем или равном ширине дифракционного максимума. Регистрацию сигнала осуществляют с помощью фотоэлектрической при45 ставки 6 и осциллографа 7 при повышенном по сравнению с обычным коэффициенте усиления фотоэлектрической аппаратуры (в 10-100 раз) ° Фоновый сигнал резко уменьшается, так как он пропорционален площади рабочего

50 поля прибора. Так, для прибора

ИАБ-451, у которого диамегр рабочего поля 230 мм, установка в поле предметов диафрагмы размером 2 ° 5 см приводит к уменьшению фонового сиг55 нала в 40 раз. Вместе с тем, ухудшение чувствительности иэ-за дифрациц .практически не наступает. Уменьшение фонового сигнала позволяет в 10Техред H.Bepec Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Письман

Заказ 1628/4, Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент"; r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

S 80?7

100 раз увеличить усиление регист- - " рирующей аппаратуры (диапазон усиления 10-100 выбирается из .условия оптимальной настройки фотоэлектрической аппаратуры и требуемой величины полезного сигнала на экране осцилло графа) и тем самым существенно увеличить чувствительность измерений. Способ применим при обычной настройке прибора, но особенно он эффективен 1О при почти полном перекрытии изображения щели ножом, когда освещенность поля изображения (нулевая освещенность) и соответственно влияния фона малы. 15

Таким образом, установкой дополнительной диафрагмы в поле предметов прибора, настройкой теневого прибора на получение дифракционной картины неоднородности добиваются существен- 20 ного уменьшения фоновых засветок и значительного увеличения отношения сигнал/шум. . Такая настройка позволя- . ет работать при сравнительно низких пороговых световых потоках, исследо- 25 вать слабые неоднородности.

В качестве примера осуществления данного изобретения можно привести теневой прибор ИАВ-451 с одноканаль76 б ной фотоэлектрической приставкой и осциллографом,.типа С1-17 в качестве регистратора. В поле предметов теневого прибора устанавливают диафрагмущель шириной 20-30 мм, края которой параллельны кромкам ножа Фуко и осветительной щели прибора. Величина щели в осветительной части теневого прибора 0,2 мм. Изображение щели перекрывается на 0,5 мм. На осциллографе устанавливают максимальный коэффициент усиления. Прибор применяют для исследования процесса распространения ударной волны в ударной трубе при давлении рабочего газа

P„ = 30.мм рт.ст. и скорости ударной волны 1000 м/с. Полученная амплитуда сигнала в 6 раз превышала амплитуду сигнала, которая получалась в подобных же экспериментах при обычной настройке прибора без дополнительной диафрагмы. Сигнал был настолько велик, что произошел выброс за пределы экрана осциллографа.

Данное изобретение по сравнению с известили техническими решениями, обладает повышенной чувствительностью и точностью, а также повышает надежность результатов измерения.