УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПЛОТНОСТНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПРОЗРАЧНОЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к теневым оптическим приборам и может быть использована для обнаружения оптических неоднородностей водной среды.
Известен прибор, построенный по схеме [1], содержащий источник света, находящийся в фокальной плоскости первого объектива, второй объектив, выполняющий роль конденсора, нож Фуко, расположенный в фокальной плоскости второго объектива, третий объектив, приемник света, выполненный в виде экрана, фотопластинки, матового стекла или фотоэлектронного умножителя. Недостатком таких приборов является низкая разрешающая способность относительно мелкомасштабных неоднородностей в исследуемом образце.
Наиболее близким к предлагаемому и выбранным в качестве прототипа является прибор, построенный по схеме [2], содержащий источник света, находящийся в фокальной плоскости первого объектива, два окна (иллюминатора) между которыми находится рабочий объем (исследуемая среда), второй объектив, в фокальной плоскости которого расположен нож Фуко, за ножом Фуко расположена линза, проецирующая теневое изображение рабочего объема на экран.
Недостатком прототипа является невозможность обнаружения неоднородностей, приводящих к отклонению светового луча в направлении, параллельном кромке ножа Фуко.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для регистрации плотностных неоднородностей прозрачной среды, содержащее источник излучения, коллимирующий объектив (первый объектив), первый иллюминатор, второй иллюминатор, приемный объектив (второй объектив), приемник излучения также содержит
подключенный к выходам приемника излучения двухканальный измерительный усилитель, к выходам которого подключен двухканальный аналого-цифровой преобразователь, к выходу которого подключено устройство сбора и обработки данных, при этом источник излучения, коллимирующий объектив, первый иллюминатор, второй иллюминатор, приемный объектив (второй объектив), приемник излучения расположены последовательно по ходу излучения, между первым и вторым иллюминаторами находится исследуемая среда, приемник излучения расположен в фокальной плоскости приемного объектива, приемник излучения является одноэлементным двухкоординатным позиционно-чувствительным датчиком.
Между коллимирующим объективом и первым иллюминатором может быть расположена ограничивающая диафрагма.
Ограничивающая диафрагма также может быть расположена между вторым иллюминатором и приемным объективом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - оптическая схема устройства;
фиг.2 - оптическая схема устройства с ограничивающей диафрагмой, расположенной до исследуемой среды;
фиг.3 - оптическая схема устройства с ограничивающей диафрагмой, расположенной после исследуемой среды.
На чертежах обозначены:
1 - источник излучения;
2 - коллимирующий объектив;
3 - первый иллюминатор;
4 - второй иллюминатор;
5 - исследуемая среда;
6 - приемный объектив;
7 - приемник излучения;
8 - ограничивающая диафрагма;
9 - двухканальный измерительный усилитель;
10 - двухканальный аналого-цифровой преобразователь;
11 - устройство сбора и обработки данных.
В качестве источника 1 излучения может использоваться лазерный диод. Приемник 7 излучения может быть выполнен на основе инверсионного фотодиода, работающего на основе продольного фотоэффекта, на основе координатного фотодиода с барьером Шоттки, а также может является фотопотенциометром или координатным фотоприемником с радиальным электрическим полем. Одноэлементные позиционно-чувствительные датчики известны и хорошо описаны в технической литературе, например в [3].
В качестве устройства 11 сбора и обработки данных может использоваться ЭВМ или микроконтроллер. Устройство 11 сбора и обработки данных осуществляет накопление данных, поступающих с выхода двухканального аналого-цифрового преобразователя 10, а также производит их обработку, заключающуюся, например, в цифровой фильтрации, вычислении спектральных характеристик. Также устройство 11 сбора и обработки данных осуществляет сравнение поступающих от аналого-цифрового преобразователя 10 данных с данными, сохраненными в памяти устройства 11.
Ограничивающая диафрагма 8 ограничивает размер светового пучка, что позволяет повысить разрешающую способность устройства.
Устройство для регистрации плотностных неоднородностей прозрачной среды работает следующим образом.
Свет от источника 1 излучения проходит через коллимирующий объектив 2, в котором формируется параллельный световой пучок, который проходит через первый иллюминатор 3, исследуемую среду 5 и
второй иллюминатор. В зависимости от оптических характеристик исследуемой среды 5, в частности, градиента показателя преломления среды, происходит отклонение светового пучка, который далее поступает в приемный объектив 6 и фокусируется в плоскости приемника 7 излучения. При движении устройства в исследуемой среде на выходе приемника 7 излучения формируются два сигнала, зависящих от отклонения светового пучка от оптической оси в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Эта зависимость определяется статической характеристикой приемника 7 излучения (характеристикой позиционно-чувствительного датчика). Далее эти сигналы усиливаются и нормируются двухканальным измерительным усилителем 9, преобразуются в цифровую форму двухканальным аналого-цифровым преобразователем 10 ив цифровом виде передаются в устройство 11 сбора и обработки данных.
Так как позиционная чувствительность одноэлементного датчика не зависит от размера пятна излучения, диаметр луча может быть сделан существенно меньше, чем в прототипе, что повышает чувствительность прибора к мелкомасштабным неоднородностям при низкой энергии луча.
Устройство 11 сбора и обработки данных производит анализ получаемых сигналов и в случае наличия в сигнале особенностей, соответствующих искомым неоднородностям (таких как превышение сигналом заданного порога, наличие колебаний в заданном диапазоне частот, определенный вид спектральных характеристик), принимает решение об обнаружении плотностной неоднородности прозрачной среды. Кроме этого в устройство 11 сбора и обработки данных могут быть записаны образцы фоновых сигналов (сигналов, полученных при исследовании среды, в которой отсутствуют плотностные неоднородности). Устройство 11 производит сравнение поступающих на него сигналов с образцами фоновых сигналов и решение об обнаружении плотностных неоднородностей принимается только в случае наличия
существенных различий. Для анализа могут также использоваться данные о величине градиента показателя преломления среды, который вычисляется по формуле:
g=k·ψ(x)
где g - градиент показателя преломления среды;
х - сигнал на выходе приемника 7 излучения;
k - коэффициент пропорциональности;
ψ - функция, обратная статической характеристике приемника 7 излучения.
Таким образом, технический результат заключается в обеспечении возможности обнаружения плотностных неоднородностей прозрачной среды, расположенных в любой плоскости с одновременным повышением разрешающей способности. Представленные чертежи и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для обнаружения плотностных неоднородностей среды, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.
Источники информации
1. Шишловский А.А. Прикладная химия. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1969, С.479.
2. Оптические методы в гидромеханике / Федоровский А.Д. - Киев: Наук. дум-ка, 1984. С.30-36. (прототип).
3.Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов:
Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989, С.131-136.