УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЭФФЕКТА ТАЛЬБОТА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛНАХ ЖИДКОСТИ

Область техники
Заявленное техническое решение относится к устройствам для исследования механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний, в частности, для создания колебаний и наблюдения волн на поверхности жидкости.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство для изучения волновых процессов (патент SU 1760537 А1 «Устройство для изучения волновых процессов на поверхности воды» авторов Трохимчук К.И., Калабский В.П., Симчук А.В.), где описано техническое решение для наблюдения волн на поверхности жидкости, однако оно не содержит устройство для возбуждения волн, и не дает возможности наблюдения картины ковра Тальбота.
Также известно устройство для изучения эффекта Тальбота на поверхности воды в статье "Observation of the Talbot effect with water waves" авторов Alexandra Bakman and Shmuel Fishman, Mathias Fink and Emmanuel Fort, Sander Wildeman. В этой статье волны на поверхности жидкости создаются при помощи источника плоских волн - горизонтально колеблющейся лопатки, охватывающей ширину контейнера с жидкостью. Сформированные волны наталкиваются на решетку, расположенную параллельно их фронтам. Затем производится корректировка полученных камерой снимков посредством компьютерной обработки. Недостатком данного технического решения является то, что полученная интерференционная картина требует компьютерной обработки. При этом получение "ковра" Тальбота технически сложно осуществимо, поскольку необходимо с высокой точностью до десятых долей миллиметра обеспечить параллельность фронта падающей волны и плоскости решетки.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в получении более точного изображения ковра "Тальбота", не требующего последующей обработки, с одновременным обеспечением простоты воспроизводимости параметров установки.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в том, что конструкция заявленного устройства обеспечивает возможность получения интерференционной картины высокой точности, не требующей дополнительной обработки, без дополнительной калибровки устройства.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости, которое содержит кювету, заполняемую жидкостью, систему стержней, состоящую из рамки с отверстиями и стержней, проходящих через эти отверстия, соленоид, закрепленный на рамке системы стержней, МОП-транзистор, микроконтроллер, камеру, блок питания с выключателем, блок памяти, и устройство приема-передачи; при этом микроконтроллер обеспечивает синхронизацию частоты колебаний стержней и частоты кадров камеры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания полезной модели специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема полезной модели. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
На фиг. 1. представлен чертеж технического решения.
ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на фиг. 1 устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости содержит кювету 1, для наблюдения эффекта, заполняемую жидкостью.
К кювете 1 прикреплена система стержней, представляющая собой рамку 2 с отверстиями, через которые проходят стержни 3, приводимые в движение с соленоидом 4, закрепленном на рамке 2. Соленоид 4 обеспечивает движение стержней 3 в вертикальном направлении таким образом, что в течение части периода колебаний концевые участки стержней 3 находятся в жидкости, а в оставшейся части периода колебаний концевые участки стержней 3 находятся над уровнем жидкости. Таким образом, когда концевые участки стержней 3 погружаются в жидкость, создается колебание на поверхности жидкости. При этом стержни 3 равноудалены друг от друга, а их количество и расстояние между ними зависят от размеров используемой кюветы 1, потребностей пользователя в достижение интересующей его широты «ковра» Тальбота и необходимой длины создаваемой волны.
Соленоид 4 подключен к МОП-транзистору 5, который управляется микроконтроллером 6, таким образом, что можно регулировать частоту колебаний стержней 3, посредством подачи периодического электрического сигнала от микроконтроллера на управляющий контакт МОП-транзистора 5, для замыкания и размыкания его контактов.
Для съемки полученной интерференционной картины на поверхностных волнах жидкости используется камера 7, управляемая микроконтроллером 1 таким образом, что частота кадров, создаваемых камерой 7, совпадает с частотой колебаний системы стержней 3.
При этом устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости содержит блок питания 8 с выключателем 9, блок памяти 10 и устройство приема передачи 11. Блок питания 8 с выключателем 9 может обеспечивать работу устройства от сети постоянного тока. Посредством устройства приема-передачи 11 полученные камерой 7 снимки могут быть переданы на ПК и другие внешние устройства.
Принцип действия устройства состоит в том, что сигнал, поданный с помощью микроконтроллера 6, передается посредством МОП-транзистора 5 на соленоид 4, закрепленный на рамке 2, который приводит в движение стержни 3, создающие «ковер» Тальбота на поверхностных волнах жидкости в кювете 1, при этом камера 7 фиксирует изображение «ковра» Тальбота, которое передается на блок памяти 10.
Достоинством предлагаемого технического решения является получение интерференционной картины высокой точности за счет синхронизации частоты колебаний и частоты кадров камеры через микроконтроллер. А также простота сборки установки, за счет отсутствия решетки для создания картины и необходимости в ее калибровке. Более того, с помощью микроконтроллера легко изменять частоту колебаний, что является важным фактором изучения эффекта при различных условиях. При этом в предлагаемом техническом решении не требуется дополнительная обработка полученного "ковра" Тальбота.