Оптический прибор

 

Союз Советскмх

Соцмалмстмчесммх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополннтельное к авт. свил-ву Л" 758043 (53)NL. Кл.

Ц 02 В.27/00 (22) Заявлено 04.03.80(2 I ) 2889503/18-10 с присоединением заявки М(23) Приоритет

f4cуаарстюФввькт квктктэт

CCCP (53) УДК535..8 (088.8) Опубликовано 23.02.83. Бюллатень № 7 аа Лавам кзввретевкй к вткрмткй

Дата опубликования описания 2З.02.83 (72) Авторы изобретения

B. С. Сухоруких, А. И. Харитонов, И. А. Камал

) 1 + .4"...т т ° тл14

В с 1 t! quipð

1м l

Институт высоких температур АН СССР (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ ПРИБОР

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим приборам, которые используются для изучения стационарных и нестационарных процессов в прозрачных средах.

По основному авт. св. No 758043 известно устройство, содержашее источники света с конденсорными системами и расположенные по ходу световых лучей входной отражательный призменный блок, основную и дополнительную параллельные друг другу входные шели, объек тив коллиматора, камеру с исследуемой неоднородностью, объектив приемной части, основной и вспомогательный ножи фуко, йерекрываюшие иэображения источников света, образуемые объективом

;приемной части, выходной отражательный

I призменный блок и блок регистрации .теневых картин, причем входной и выходной отражательные призмеиные блоки выполнены каждый из четырех прямоугольных призм, катетные грани которых образуют проямоугольник, совмешениый

2 своим центром с оптической осью и пер пендикулярны к ней, а зеркальные гипотенузные грани отражательных призм обрашены в сторону объективов н развернуты по отношению к одноименным граням соседних призм на угол 900, Недостатком известного оптткМсвогоприбора является низкая точность йэмерений, при определении динамических параметров пространственных неоднородностей, так как получаемые в различные промежутки времени теневые картины. несут одностороннюю информацию, т.е. регистрируется отклонение световых лу««

15 чей только в одном направлении. Однако в практике научного эксперимента и в технике при исследовании нестационар- ных потоков в газодинамических и àð що ных трубках, взрывных процессов и т.д. световые лучи распространяются во . всевозможных направлениях и, таким образом, использование известного прибора приводит к потере части информации.

Целью изобретения является повышение точности определения динамических параметров неоднородностей путем получения векторных цветных .теневых картин.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом приборе нв входной диафрагме выполнены две щели,. перпендикулярные основной и дополнительной щелям, в местах их пересечения установлены непрозрачные экраны, концы ше- 16 лей до непрозрачных экранов закрыты ° светофильтрами, цвета которых при круговом обходе чередуются в порядке следования цветов в спектре, а виэувлизируюшвя диафрагма снабжена дополнительными ножами Фуко, прямоугольные кромки которых параллельны введенным шеля м, На фнг. 1 изображена схема предлагаемого оптического прибора; на фиг. 2 - 26 входная диафрагма (входные щели со светофильтрами) прибора; на фиг. 3— впзуалиэируюшая диафрагма прибора.

Оптический прибор включает в себя источник света 1-4, конденсорные сис- 2$ темы 5-8, входной отражательный призменный блок 9, входную диафрагму 10, состоящую из четырех входных щелей, основной 11 и дополнительной 12, параллельных друг другу и перпендикуляр- $0 ных к ним двух вспомогательных. щелей

13 и 14, образующих при пересечении четыре крестообразные диафрагмы 1518 (на фиг. 2 оии разделены между собой штрих-пунктирными линиями)., в центрах которых помещены непрозрачные квадратные экраны 19-22, а в плечах крестообразных диафрагм - светофильтры

23-26 (одинаковые цветные светофильтры обозначены одной позицией), причем в соприкасающихся крестообразных диаф рагмах 15 и 16,.16 и 17, 17 и 18, 18 и 15 плечи со светофильтрами одинакового цвета расположены под углом

180 друг к другу; поворотное зеркало

О

27; объектив коллиматора 28; камеру

29 с исследуемой прозрачной неоднородностью; объектив приемной части 30; поворотное зеркало 3 1; визуализируюшую диа;5рагму 32 (фиг. 3), состояшую из восьми ножей Фуко (на фиг, 1 и 3"

$O ножи заштрихованы): основного 33, вспомогательных 34-36, и дополнитель ных 37-40, прямоугольные кромки . которых параллельны соответствующим входным щелям 11-14, а следовательно, $$ и их изображениям (изобрвжения щелей на фиг. 3 показаны пунктирными линиями), причем основные ножи Фуко совмеше®98 ны своими кромками с изображениями

41-48 крестообразных диафрагм, а каждый из вспомогательных ножей Фуко совмещен с одной из пар изображений

49-56 плеч крестообразных диафрагм; входной отражательный приэменный блок

57 блок регистрации цветных теневых картин, состоящий из фотографических объективов 58-61 и приемников 62-65, Входной 9 и выходной 57 отражательные приэменные блоки состоят каждый из четырех прямоугольных призм, катетные грани которых образуют прямоугольник с центром, совмещенным с оптической осью, и его плоскость перпендикулярна оптической оси. В каждом призмен, ном блоке прямоугольные призмы расположены так, что зеркальные гипотенузные грани обращены в сторону объективов и развернуты по отношению к одноименным граням соседних призм на угол 90О. источники света 1-4 в осветителе установлены на зеркальных отображениях оптической оси входным призменным блохом 9 с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси. При этом каждый источник света равномерно освещает одну из соответствуюших крестообразных диафрагм 15- 18.

Оптический прибор работает следующим образом.

Свет от источников света 1-4, срвбатываюших через заданные промежутки времени, с помощью конденсаторных систем 5-8 раздельно направляется на крестообразные диафрагмы 15-18. Подвижками конденсорных систем вдоль оптической оси обеспечивается равномерная освещенность каждой иэ крестообразных диафрагм. В плечах диафрагм расположены светофильтры 23-26, цвета которых при круговом обходе плеч диафрагм чередуются в порядке следования цветов в спектре (от фиолетового до красногc). Кроме того, для сокращения времени, затрачиваемого на анализ цветных теневых картин, в соприкасающихся крестообразных диафрагмах 15 и 16, 16 и 17, 17 и 18, 18 и 15 плечи со светофильтрами одного цвета расположены под углом 180 друг к другу. Крестообразные диафрагмы с помошьк пово- . ротного зеркала 27, объективов 28 и .

30, поворотного зеркала 31 изображаются в плоскости визуализируюшей диафрагмы

32. Прямоугольные кромки основного,. вспомогательных и дополнительных но- . жей фуко выставляются параллельно входным щелям 11-14 по их иэображе- ниям в плоскости визуализирующей диаф-. рагмы 32. Основной 33 и вспомогательные 34-36 ножи фуко частично перекрывают иэображения 41-48 плеч крестообразных диафрагм, а дополнительные ножи Фуко 37-40 - изображения

49 56 плеч диафрагм. После визуали- . руюшей диафрагмы световые лучи, отразившись от выходного отражательного р призменного блока 57, поступают раз дельно от каждой крестообразной диафрагмы в соответствующие приемники .62-65. Объективы 58-61 служат для сопряжения. плоскости исследуемой неод 5 нородности с плоскостью регистрирующего элемента (фотопленки) приемни-. ков 62-65.

При отсутствии неоднородности в камере 29 световые лучи проходят через любую точку поля зрения црнбора беэ отклонения. Т.е. изображения 41-56 плеч.крестообразных диафрагм формируют» ся иэ световых лучей, прошедших через любую точку. поля зрения, В Одном и ф5 том же месте, и, следовательно,. одинаково перекрываются ножами Фуко 33-44.

Таким образом,.световой поток, пришед- ций иа приемники 62-65 от каждой точки поля, образуется смешением в одной и той же пропорции световых потоков всех четырех цветов, т,е. все иэображение поля зрения на приемниках будет окрашено в один и тот же цвет. Когда световые лучи встречают,на своем пути в камере 29 неоднородность, они отклоняются. При этом изображения 4 -56 плеч,, сформированные этими лучами в плоскости виэуализируюшей диафрагмы 32, смещаются. Например, изображения 43, 44, . 5 и 56 плеч отклоняются вдоль по4Р ложительного направления оси Х (фиг. 3).

В этом случае иэображения 44 и 56 скользят вдоль кромок ножей 34 и 39, т.е. площади открыгых частей этих изображений остаются постоянными. Изобра45 жение 43 заходит за кромку ножа 34 и площадь его открытой части уменьшается,. изображение 55 выходит из-за кромки ножа. 39 и площадь- его открытой части увеличивается Таким образом, имеет место нарушение пропорции смешивающихся световых потоков в данной точке иэображения поля и эта точка окрашивается в цвет, .отличный От цвета Остальной чести изображения поля зрения и . зависящий от величины угла и направления отклонения световых лучей. В частном случае, когда изображение плеч 43, 5 008-008 6

44, 55 и 56 полностью перекрыты кромками ножей 34 и 39, при смещении этих изображений одно или два из них выходят иээа кром ок ножей 34 и 39. Одно изображе. ние выходит только в том случае, когда сме шение происходит вдоль оси Х или вдоль оси У. Суммарная площадь открытых .частей плеч, а следовательно, и освещенность- теневой картины. возрастает . с увеличением величины угла отклонения световых лучей. Соотношение смешивающихся световых потоков, а следовательно, и цветность теневой картины, от этих двух плеч зависит от .направления отклонения световых лучей., Отсюда следует что по теневой картине можно определить величину угла и направление отклонения световых лучей. Экраны 19-22 в центрах крестообразных диафрагм (фиг . 2) установлены для yci ранения экранирования иэображений любого из плеч 41-56 (фиг. 3) соседними ему кромками ножей фуко 33-40, при котором нарушается соответствие цвета и освещенности теневой картины величине угла н направлению световых лучей, что приводит к снижению точнос-ти измерений.

В рассмотренном случае цвет теневой картины определяется либо цветом светового потока от одного. из изображ ний плеч 43; 44, 55 и 56, либо смешением цветов световых потоков от двух (не более) соседних изображений плеч, например плеч 43 и 44 или 43 и 56, Из теории смешения цветов известно, что при смешении двух цветов образуются . цвета, расположенные в спектре между думя смешиваюшимися цветами в цветовом треугольнике. Такнм образом, если в плечах установлены светофильтры, цвета .которых при круговом обходе плеч чередуются в порядке следования цветов спектра, смешение любой пары соседних цветов образует цвет, который не может получиться цри смешении остальных пар соседних цветов, т,е. на теневой картине имеет место однозначное соответснц е цвета направлению отклонения световых лучей. Если порядок следования цветов будет нарушен, то смешение двух соседних цветов в определенной пропорции может привести к образованию цвета, который может также получиться при смешении двух других цветов, т.е. одному и тому же цвету теневой картины будут соответствовать два совершенно различных направления отклонения световых лучей, что приведет к неоднозначности интерс 89

7 претапии теневой картины и. в итоге, к погрешности измерения параметров исследуемой неоднородности. В обшем случае, когда иэображения плеч частично открыты, величина угла и направление световых лучей кодируются освешенностью, цветовым тоном и насьпценностью цвета теневой картины.

Явления, рассмотренные для одной иэ крестообразных диафрагм, имеют мес- ц то и для других крестообразных диафра м

Для того, чтобы зависимость цветового тона и насьпценности цвета всех теневых картин, наблюдаемых в прием- д никах 62-65, была одинаковой от величины угла и направления отклонения световых лучей, плечи с одинаковыми светофильтрами в соприкасаюшихся крес-. тообразных диафрагмах 15-18 (фиг. 2) ур расположены под углом 180 друг к друб гу. B этом случае при данном направлении отклонении световых лучей происходит открытие изображений плеч с одинаковыми светофильтрами для всех диаф- щ рагм. Иными словами, при одновременном срабатывании всех источников света все теневые картины в приемниках 62-65 будут идентичными. Использование предлагаемого оптичес-зе .кого прибора позволит получать более

98 8 полную информацию о величине и HAllpHB» лении отклонений световых лучей в последовательные моменты времени, а следова« тельно и повысить точность определения изменения параметров во времени при исследовании нестационарных и быстропротекающих процессов таких, как взрыв, дифракция ударной волны на моделях различной формы, нестационарные газодинамические пронес сы и т,д. формула изобретения

Оптический прибор для исследования прозрачных неоднородностей по авт. св.

14 758043, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения динамических параметров, на входной диафрагме выполнены две щели, перпендикулярные основной и дополнительной шелям, в местах их пересе.чения установлены непрозрачные экраны, концы шелей до непрозрачных экранов закрыты светофильтрами, цвета которых при круговом обходе чередуются в порядке следования цветов в спектре, а визуализируюшая диафрагма снабжена дополнительными ножами Фуко, прямоугольные кромки которых параллельны введенным шелям,.

Составитель M . .Медведев

Редактор В. Иванова, Техред О.Неце Корректор Л. Бокшан

Заказ 1151/69

Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, М осква, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4