Спосіб голографічного візуалізації швидкоплинних процесів

 

Винахід відноситься до галузі оптичного приладобудування і може бути використане для вивчення двофазних потоків «тверді частинки - газ» в експериментальній газової динаміки для дослідження структури потоку частинок, що утворюються в запреградной зоні при взаємодії рухомого тіла з перешкодою, в механіці руйнування твердих тіл при обтіканні рухомих тіл в умовах балістичних установок, для діагностики факелів в топках енергетичних котлів і в інших областях.

Відомий спосіб візуалізації швидкоплинних процесів, реалізований голографічним пристроєм (Поляків С. Н., В. Т. Чорних. Голографічний метод діагностики двофазних потоків при високошвидкісному руйнування твердих матеріалів. Вісті З АНСССР, серія технічних наук, вип. 4, 1990 р., с. 136-139), що містить лазер, освітлювальні та прийомні частини об'єктних гілок, виконані на основі сферичних дзеркал, коліматори опорних гілок, встановлені між робочою зоною і вузлом реєстрації голограми, і власне вузол голограми.

Відомий також спосіб візуалізації швидкоплинних процесів, реалізований голографічним пристроєм (В. Т. Чорних, А. Ф. Білозеров. Авторське свідоцтво SU №4�йому з можливістю формування опорної й об'єктної гілок, дифракційний елемент перед досліджуваним об'єктом і вузол реєстрації голограми.

Прототипом є спосіб візуалізації швидкоплинних процесів, реалізований голографічним пристроєм (Дослідження руху тіла в двофазних потоках голографічному методом /Духівський І. А., Ковальов П. І., Разумовська А. В., Чорних В. Т. Оптика і спектроскопія, т. 63, вип. 5, сс. 1105-1108, 1987 р.), що містить лазер, светоделитель для освіти опорної й об'єктної гілок, коліматори з можливістю формування світлових полів, систему дзеркал, встановлених уздовж оптичних осей об'єктної і опорної гілок, робочу зону, проекційний об'єктив і вузол реєстрації голограми.

Недоліком відомих способів візуалізації швидкоплинних процесів є обмежені технологічні можливості голографічного візуалізації структури двофазного потоку при вивченні ансамблю частинок, що утворюється при взаємодії тіла, що рухається з великою швидкістю, з перешкодою, а також неможливість отримання інформації про стан поверхні рухомого тіла, обумовлені тим, що за допомогою відомих способів за час одного експерименту візуалізують потік лише у одному напрямку просвечЂруктуре двофазного потоку (розмір часток, їх форма і т. д.), але і про стан поверхні рухомого тіла.

Завданням винаходу є розширення технологічних можливостей при голографічному вивченні структури двофазного потоку і стану поверхні рухомого тіла в цьому потоці за рахунок забезпечення можливості, за час однієї експозиції, реєстрації двох голограм, одна з яких відповідає просвічуванню досліджуваного об'єкта прямопрошедшим об'єктним пучком, а інша відповідає дифузно відбитого об'єктній пучка

Технічний результат досягається тим, що в способі топографічної візуалізації швидкоплинних процесів, за яким здійснюють реєстрацію першої голограми, причому перша голограма відповідає просвічуванню досліджуваного об'єкта першим об'єктним пучком, при цьому когерентний світловий пучок від лазера з допомогою першої светоделительной пластини поділяють на перший об'єктний і перший опорний світлові пучки, які надходять, за допомогою першої системи дзеркал і другої системи дзеркал, відповідно, у перший і другий коліматори, перший об'єктний пучок проходить через робочу камеру з досліджуваним об'єктом, перший проекційний об'єктив, в якому здійснюють опти�ервим опорним пучком, згідно з цим винаходу за час однієї експозиції здійснюють реєстрацію та другої голограми, причому друга голограма відповідає дифузно відбитого другого об'єктній пучка, при цьому в першому об'єктному пучку між першим коліматором і робочою камерою встановлюють другу светоделительную пластину під кутом до оптичної осі, перший об'єктний пучок проходить через другу светоделительную пластину і, досягаючи поверхні досліджуваного об'єкта, що знаходиться в робочій камері, розсіюється на її поверхні, далі розсіяне на поверхні досліджуваного об'єкта пучок в зворотному ході надходить на другу светоделительную пластину і другий проекційний об'єктив, який встановлюють між другою светоделительной пластиною і вузлом реєстрації другий голограми, і в якому здійснюють оптичне сполучення робочої зони камери з площиною вузла реєстрації другий голограми, у другому опорному пучку, відбитому від другої светоделительной пластини, встановлюють третю систему дзеркал і третій коліматор з можливістю формування опорного пучка для реєстрації другий голограми, куди також надходить дифузно відбите другий об'єктний пучок, при оптично�ть винаходу пояснюється Фіг.1, де зображена принципова оптична схема голографічного пристрою, що реалізує запропонований спосіб голографічного візуалізації швидкоплинних процесів.

Цифрами на Фіг.1 позначено:

1 - лазер,

2 - перша светоделительная пластина,

3, 4 - перша система дзеркал,

5 - перший коліматор,

6 - робоча камера з досліджуваним об'єктом,

7 - захисні вікна робочої камери,

8 - перший проекційний об'єктив,

9 - вузол реєстрації першої голограми,

10, 11, 12, 13 - друга система дзеркал,

14 - другий коліматор,

15 - друга светоделительная пластина,

16 - другий проекційний об'єктив,

17 - вузол реєстрації другий голограми,

18, 19, 20, 21 - третя система дзеркал,

22 - третій коліматор,

Wпро- перший об'єктний пучок,

W'про- другий об'єктний пучок,

Wвп- перший опорний пучок,

W'вп- другий опорний пучок.

Голографічний пристрій містить оптично пов'язані лазер 1, першу светоделительную пластину 2 для поділу лазерного пучка на перший об'єктний пучок Wпроі перший опорний пучок Wвпперший коліматор 5, першу систему дзеркал 3, 4 для введення першого об'єктного пучка Wпроу перший коллі�ой коліматор 14, робочу камеру 6 з досліджуваним об'єктом, що має захисні вікна 7, перший проекційний об'єктив 8, вузол 9 реєстрації першої голограми, при цьому перший коліматор 5 встановлений перед робочою камерою 6, другий коліматор 14 встановлений між робочою камерою 6 і вузлом 9 реєстрації першої голограми, друга система дзеркал 10, 11, 12, 13 і другий коліматор 14 встановлені з можливістю формування першого опорного пучка Wвпдля реєстрації першої голограми, а перший проекційний об'єктив 8 встановлений в першому об'єктному пучку Wпроміж робочою камерою 6 і вузлом 9 реєстрації першої голограми.

У голографічний пристрій для вивчення швидкоплинних процесів додатково введені друга светоделительная пластина 15, другий проекційний об'єктив 16, вузол 17 реєстрації другий голограми, третя система дзеркал 18, 19, 20, 21 і третій коліматор 22, при цьому друга светоделительная пластина 15 встановлена під кутом до оптичної осі, з можливістю розділення першого об'єктного пучка Wпрона другий об'єктний пучок W'про, напрямок якого збігається з першим об'єктним пучком Wпроі другий опорний пучок W'вп, другий проекційний об'єктив 16 встановлений між сот про, досягаючи поверхні досліджуваного об'єкта, дифузно розсіюється на його поверхні і надходить у зворотному ході на другу светоделительную пластину 15 і в другій проекційний об'єктив 16, третя система дзеркал 18, 19, 20, 21 і третій коліматор 22 встановлені з можливістю формування другого опорного пучка W'впдля реєстрації другий голограми, при цьому пристрій виконано з можливістю реєстрації, за час однієї експозиції, першої та другої голограм, причому перша голограма відповідає просвічуванню досліджуваного об'єкта першим об'єктним пучком Wпро, а друга голограма відповідає дифузно відбитого другого об'єктній пучка W'про.

Спосіб голографічного візуалізації швидкоплинних процесів здійснюють наступним чином.

Когерентний світловий пучок від лазера 1 з допомогою першої светоделительной пластини 2 ділиться на перший об'єктний Wпроі перший опорний Wвпсвітлові пучки. Ці пучки надходять допомогою першої системи дзеркал 3, 4 і другий системи дзеркал 10, 11, 12, 13, відповідно, в коліматори 5 і 14.

У першому об'єктному пучку Wпроміж першим коліматором 5 і робочою камерою 6 встановлена друга светоделительная �шу пластину 15, робочу камеру 6, перший проекційний об'єктив 8, який здійснює оптичне сполучення робочої зони камери 6 з площиною вузла 9 реєстрації першої голограми, і надходить у нього, як прямопрошедший об'єктний пучок, де интерферирует з першим опорним пучком Wвп.

Минулий крізь другу светоделительную пластину 15 перший об'єктний пучок Wпро, досягаючи поверхні досліджуваного об'єкта, що знаходиться в робочій камері 6, розсіюється на її поверхні. Розсіяне на поверхні досліджуваного об'єкта пучок (дифузно відбите другий об'єктний пучок W'про) в зворотному ході надходить на другу светоделительную пластину 15 і потрапляє в апертуру другого проекційного об'єктива 16. Об'єктив 16 сопрягает робочу зону камери 6 з площиною вузла 17 реєстрації другий голограми.

У другий опорний пучок W'вп, відбитий від другої светоделительной пластини 15, встановлені третя система дзеркал 18, 19, 20, 21 і третій коліматор 22, з можливістю формування другого опорного пучка W'впдля реєстрації другий голограми у вузлі 17, куди також надходить дифузно відбите об'єктний пучок (другий об'єктний пучок W'про). При суперпозиції другого опорного п�/p>

За допомогою пропонованого голографічного пристрою з'являється реальна можливість за час однієї експозиції реєструвати дві голограми, одна з яких відповідає просвічуванню досліджуваного об'єкта прямопрошедшим першим об'єктним пучком Wпроа інша відповідає дифузно відбитого другого об'єктній пучка W'про, що є досить ефективним засобом при вивченні (вимірі) швидкодіючих у часі об'єктів.

Відновлений хвильовий фронт з першою голограми дає можливість вивчати структуру двофазного потоку (розмір частинок, їх форму, концентрацію та ін), а при реконструкції другої голограми - оцінювати стан поверхні тіла, що рухається, наприклад, у тому ж потоці, але при наявності твердих частинок.

Таким чином, пропоноване може знайти застосування при вирішенні різних експериментальних завдань з фізики горіння, балістика, в газовій динаміці, при вивченні процесів змішування, займання і горіння компонент палива в енергетичних установках і в інших областях.

Спосіб голографічного візуалізації швидкоплинних процесів, за яким здійснюють реєстрацію першої голограми, причому перша голограма сік від лазера з допомогою першої светоделительной пластини поділяють на перший об'єктний і перший опорний світлові пучки, які надходять, за допомогою першої системи дзеркал і другої системи дзеркал, відповідно, у перший і другий коліматори, перший об'єктний пучок проходить через робочу камеру з досліджуваним об'єктом, перший проекційний об'єктив, в якому здійснюють оптичне сполучення робочої зони камери з площиною вузла реєстрації першої голограми, де интерферирует з першим опорним пучком, який відрізняється тим, що за час однієї експозиції здійснюють реєстрацію та другої голограми, причому друга голограма відповідає дифузно відбитого другого об'єктній пучка, при цьому в першому об'єктному пучку між першим коліматором і робочою камерою встановлюють другу светоделительную пластину під кутом до оптичної осі, перший об'єктний пучок проходить через другу светоделительную пластину і, досягаючи поверхні досліджуваного об'єкта, що знаходиться в робочій камері, розсіюється на її поверхні, далі розсіяне на поверхні досліджуваного об'єкта пучок в зворотному ході надходить на другу светоделительную пластину і другий проекційний об'єктив, який встановлюють між другою светоделительной пластиною і вузлом реєстрації другий голограми і в якому здійснюють�пучку, відбитому від другої светоделительной пластини, встановлюють третю систему дзеркал і третій коліматор з можливістю формування опорного пучка для реєстрації другий голограми, куди також надходить дифузно відбите другий об'єктний пучок, при оптичному сполученні другого опорного пучка і другого об'єктного пучка реєструється друга голограма.



 

Схожі патенти:

Пристрій для виготовлення райдужних голограм

Винахід відноситься до запису та отримання райдужних голограм і може бути використане для створення автоматизованого комплексу для виготовлення райдужних голограм за технологією Dot-matrix

Спосіб запису масиву точкових райдужних голограм

Винахід відноситься до оптичної голографії і призначене для отримання масиву точкових райдужних голограм

Спосіб запису голограм

Винахід відноситься до оптичної голографії і призначене для отримання "райдужних" голограм

Установка для електронного формування тривимірного голографічного зображення

Винахід відноситься до акустооптике і може бути використане при розробці телевізійних і комп'ютерних систем

Пристрій перетворення видеотелевизионних зображень в голографічні

Винахід відноситься до оптоэлектроникп і може бути використане для перетворення видеотелевизионних зображень в голографічні

Система з интерферометрами

Винахід відноситься до області інтерферометрії. Система з интерферометрами містить волоконно-оптичний датчик, який може мати частину датчика Майкельсона і частина датчика Маха-Цендера. Перший розгалужувач-об'єднувач може бути налаштований для поділу світу між першою оптоволоконної частиною і другий оптоволоконної частиною. Перше пристрій сполучення поляризації фаз може бути конфігурований для сполучення фази поляризації падаючого світла, відповідного першої оптоволоконної частини, і друге пристрій сполучення фази поляризації може бути конфігурований для сполучення фази поляризації падаючого світла, відповідного другий оптоволоконної частини. Кожне перше та друге пристрою сполучення поляризації фаз можуть бути сконфігуровані для відображення світла детектор і через відповідні першу і другу оптоволоконні частини. Об'єднувач може бути налаштований для об'єднання світу в першій оптоволоконної частини зі світлом у другій оптоволоконної частини, і третя оптоволоконна частина може бути налаштована для прийому світла від об'єднувача і для збудження другого детектора. Технічний результат - спрощення конструкції

Спосіб багатоканального вимірювання зсуву довжини хвилі світла з використанням інтерферометра фабрі-перо

Винахід відноситься до області оптичних вимірювань і стосується способу багатоканального вимірювання зсуву довжини хвилі світла. Вимірювання здійснюються з використанням інтерферометра Фабрі-Перо. Світло джерел світла через коллимирующую систему направляють на інтерферометр Фабрі-Перо і з допомогою лінзи фокусують интерферометрическую картину на реєстраторі. При цьому на інтерферометр Фабрі-Перо направляють світло від декількох незалежних джерел світла, які висвітлюють різні області інтерферометричної картини, а потім у кожній області інтерферометричної картини компенсують розмиття интерферометрических кілець, викликане непаралельністю дзеркал інтерферометра, замінюючи на реєстраторі площину фокусу на площину, де промені всіх інтерференційних картин непараллельного інтерферометра Фабрі-Перо перетинаються, створюючи частковий псевдофокус. Технічний результат полягає в забезпеченні можливості одночасного вимірювання зміщень частоти випромінювання від різних незалежних джерел в одному каналі і підвищення різкості інтерференційних кілець з обох боків від центру интерферограмми. 3 іл.

Спосіб отримання интерферограмм у когерентному світлі

Винахід може бути використано для діагностики неоднорідностей в прозорих середовищах, в тому числі фізики горіння, експериментальної газовій динаміці, прикладної аеродинаміки, гідродинаміці. У способі хвильовий фронт поділяють по амплітуді і фазі на об'єктний хвильовий фронт нульового порядку дифракції і опорний хвильовий фронт першого порядку дифракції допомогою дифракційного елемента. Повертають площину дифракційного елемента об'єктний хвильовий фронт нульового порядку дифракції і опорний хвильовий фронт першого порядку дифракції. Після дифракційного елемента повернутий об'єктний хвильовий фронт нульового порядку дифракції в зворотному ході поширюється в напрямку опорного хвильового фронту першого порядку дифракції в зворотному ході, повернутий опорний хвильовий фронт першого порядку дифракції в зворотному ході поширюється в напрямку об'єктного хвильового фронту нульового порядку дифракції в зворотному ході, а интерферограмму спостерігають при накладенні об'єктного хвильового фронту нульового порядку дифракції і опорного хвильового фронту першого порядку дифракції при зворотному ході зазначених хвильових фронтів. Технічний результат - спрощення способу з

Спосіб вимірювання сигналу волоконно-оптичного интерферометрического фазового датчика

Винахід відноситься до області волоконної оптики і може бути використано у волоконно-оптичних фазових датчиках интерферометрического типу. При вимірюванні сигналу датчика в ступінчастий пилкоподібний модулюючий сигнал додають один стрибок напруги за період, амплітуда стрибка дорівнює амплітуді модулюючого сигналу, а тривалість становить половину тривалості однієї його ступені, причому стрибок напруги здійснюється в момент часу, що відповідає лінійному ділянці вихідної интерферометрического сигналу, отриманого за попередній період модулюючого сигналу. Технічним результатом є забезпечення стабілізації масштабного коефіцієнта модулятора і підвищена точність вимірювання интерферометрического сигналу. 3 іл.

Низкокогерентний інтерферометр з дифракційною хвилею порівняння і джерело двох сферичних еталонних хвиль для нього

Винахід відноситься до технічної фізики, зокрема до інструментів для дослідження та вимірювання оптичних елементів і систем. Низкокогерентний інтерферометр з дифракційною хвилею порівняння містить джерело низкокогерентного світла, дільника світла, до виходів якого підключені дві частини оптоволокна, функцію засобу для перенаправлення світла від досліджуваного об'єкта на реєстратор виконує основна площину корпусу джерела двох еталонних сферичних хвиль. Джерело двох еталонних сферичних хвиль включає два відрізка оптичного волокна, кінці яких виконані звуженими з металізованими до вершин скосами, при цьому другі кінці відрізків оптичного волокна жорстко закріплені в корпусі під кутом один до одного, вершини відрізків зафіксовані у вихідному отворі на основній площині корпусу і відстоять один від одного на відстані, порівнянному з діаметром серцевини оптичного волокна. При цьому корпус забезпечений кріпильними елементами, а функцію засобу для перенаправлення світла виконує основна площину корпусу. Технічний результат - підвищення точності вимірювань і надійності роботи інтерферометра, а також збільшення робочої апертури інтерферометра. 2 н. і 14 з.п. ф-л�

Цифровий голографічний мікроскоп

Винахід може бути використано в якості вимірювальної системи для неінвазивної експрес-діагностики багатокомпонентних біологічних середовищ для визначення вірусів, бактерій та інших мікроорганізмів. Мікроскоп містить джерело випромінювання, фокусуючий об'єктив, діафрагму і кювету для розміщення досліджуваного об'єкта, розташовані вздовж оптичної осі, матрицю фотоприймачів, електронно-обчислювальну систему, що включає блок обробки, програмне забезпечення ПК. Додатково до кювети введений фільтр для згладжування Гауссового розподілу пучка випромінювання та отримання рівномірного освітлення по перерізу пучка. Кювету має прозоре плоске вхідне вікно. Вихідне вікно кювети має форму півсфери радіусом, рівним відстані від вхідного до вихідного вікна кювети. Матриця фотоприймачів має форму півсфери, яка розташована паралельно вихідному вікна кювети, повторює його форму і жорстко з ним пов'язана. Технічний результат - збереження однакової світлосили по перерізу кювети і збільшення дозволу ЦГМ. 3 іл.

Пристрій для оптичної томографії (варіанти)

Винахід відноситься до оптичної когерентної томографії. У пристрої система (20) формування лінійного пучка світла містить полуцилиндрическую лінзу (21), збирає лінзу (22) і щілина (23) для реалізації спектральної оптичної когерентної томографії. Паралельний світловий пучок від джерела світла падає на поверхню напівциліндричною лінзи (21), а фокальна лінія напівциліндричною лінзи (21) розташована перед збирає лінзою (22). Збираюча лінза (22) має короткий фокус, в якому сходиться паралельна світлова складова, і довгий фокус, в якому сходиться расходящаяся світлова складова. Щілина (23) розташована між точкою короткого фокусу і точкою довгого фокуса. Технічний результат полягає в забезпеченні можливості отримання двовимірного зображення з високоякісним роздільною здатністю за короткий проміжок часу, без впливу будь-яких механічних переміщень. 3 н. і 6 з.п. ф-ли, 4 іл.

Волоконно-оптична вимірювальна система (варіанти)

Винахід відноситься до волоконно-оптичної вимірювальної техніки. Система містить широкосмуговий джерело випромінювання, оптичний розгалужувач на кілька каналів, циркулятор, оптичний приймач, оптоволоконний датчик, блок управління і обробки і перебудовується елемент. Перебудовується елемент згідно першого варіанту пристрою виконаний на основі електрооптичного модулятора, побудованого за схемою незбалансованого інтерферометра Маха-Цендера. Перебудовується елемент згідно другого варіанту містить циркулятор та електрооптичний перебудовується фільтр. Перебудовувані елементи виконані на основі електрооптичного кристала типу ніобіту літію або танталата літію. Технічний результат - підвищення надійності та швидкості вимірювання, спрощення пристрою за рахунок виключення механічно рухаються частин. 2 н.п. ф-ли, 2 іл.

Інтерферометр для контролю телескопічних систем і об'єктивів

Інтерферометр містить монохроматичне джерело світла і послідовно встановлені афокальную систему для формування розширеного паралельного пучка світлових променів, розділову плоскопаралельну пластину, орієнтовану під кутом до паралельного пучка світлових променів, перше плоске дзеркало з відбиваючим покриттям, зверненим до розділової плоскопараллельной пластині, і встановлений з можливістю зміни кута нахилу до паралельного пучка світлових променів, що пройшов розділову плоскопаралельну пластину, друге плоске дзеркало, встановлене з можливістю зміни кута нахилу і блок реєстрації, встановлений в пучок світлових променів, відбитому послідовно від першого плоского дзеркала і розділової плоскопараллельной пластини, і містить фокусуючий об'єктив і фотоприйомний пристрій. Друге плоске дзеркало встановлено між афокальной системою і розділової плоскопараллельной пластиною, його відбиваюче покриття виконано слабопропускающим і звернено до отражающему покриттю першого плоского дзеркала. Технічний результат - підвищення точності контролю фокусування і залишкових хвильових аберацій телескопічних систем і �го або об'єктив. 1 з.п. ф-ли, 3 іл.

Скануючий интерференционное пристрій у вигляді двухзеркального інтерферометра фабрі-перо

Скануючий интерференционное пристрій містить підкладки з дзеркальним покриттям з регулюванням положення за допомогою п'єзоелемента, підключеного до джерела змінної напруги. Поверхні підкладок дзеркал інтерферометра між собою з'єднані з допомогою прозорого пружного суцільного або острівкового рівномірної товщини шару з утворенням механічного осцилятора, що має частоту власних коливань, близьку до частоті змінної напруги. Модуль Юнга пружного шару менше, ніж підкладок. П'єзоелементом може бути одна з підкладок. В якості прозорого матеріалу пружного шару можуть використовуватися напівтверді, м'які і еластичні форми полімеру, в тому числі, поліімід, поліетилен, фоторезист, кремнійорганічний каучук. Оптична товщина пружного шару дорівнює половині або повній довжині хвилі модульованого випромінювання. Товщини складових частин осцилятора багато менше довжини пружної хвилі в ньому. По товщині осцилятора може укладатися ціле число половин довжини пружної хвилі в ньому, а по товщині підкладки - непарне число чвертей довжини пружної хвилі. Технічний результат - збільшення глибини модуляції інтерферометра, швидкодії та апертури. 5 з.п. ф-ли, 3 іл.
Up!