Міністерство загальної та професійної освіти Російської Федерації
Чуваська державний університет ім. І.М. Ульянова
ОПТИЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ГОРІННЯ
А.Є. Давидов
Чебоксари 2000 - 2007
1. ПРЯМОТЕНЕВОЙ МЕТОД
Прямотеневой метод дозволяє наближено визначити другу похідну показника заломлення. Тому він знайшов широке застосування при вивченні явищ, пов'язаних з різкою зміною показника заломлення n, таких як ударні хвилі, зони горіння попередньо перемішаної горючої суміші, контролю оптичних стекол.
I. Схема тіньового методу
Один з найбільш простих варіантів установки для тіньового методу наведено на рис. 1.1. br/>В
Тут L - Точкове джерело світла, Е - екран. Між ними поміщається досліджувана неоднорідність S. Світло від джерела L при проходженні через шліри відхиляється. p> Нехай світловий промінь LA відчуває при проходженні через оптичну неоднорідність відхилення на кут e (Рис. 1.1). Внаслідок цього він потрапляє не в точку А `, а в точку А ``, яка віддалена від А `на відстань Dа = g Г— tge. Але оскільки кут e малий (а тільки такі випадки і має сенс досліджувати тіньовим методом), то tge @ e, і тому
Dа = e Г— g, (1.1)
де g - відстань від оптичної неоднорідності до екрану.
Зсув точки падіння променя на екрані викликає зміну освітленості, яке і вказує на наявність неоднорідності на шляху променів. Відносна зміна освітленості екрана, тобто чутливість тіньового методу, пропорційна відношенню Dа/d `, де Dа - зміщення точки падіння променя на екрані, d `- розмір тіньового зображення неоднорідності.
З'ясуємо, як залежить це відношення від параметрів тіньової установки. З рис. 1.1 маємо:
або (1.2)
де d - розмір неоднорідності.
Тому
. (1.3)
Ставлення e/d залежить тільки від характеру і розміру неоднорідності, і тому ми його можемо вважати заданою величиною.
Позначимо в (1.3) g/h через x. Тоді
. (1.4)
Функція f (x) = x (1-x) має максимум при x = 0.5, тобто чутливість максимальна при g/h = 0.5 або при g = h/2.
Отже, для збільшення чутливості тіньового методу необхідно:
а) збільшити відстань h від джерела світла до екрану наскільки дозволяє приміщення;
б) поміщати оптичну неоднорідність приблизно в середині між джерелом світла і екраном Е.
Однак якість тіньової картини на екрані визначається не тільки зазначеним ставленням Da/d `, а й іншими факторами, наприклад, не різкістю, викликаної дифракцією світла на краю неоднорідності, що не різкістю, зумовленої кінцевими розмірами джерела світла і необхідністю встановлення великих габаритів.
Виходячи з вищевикладеного слід, що дослідження фазових об'єктів прямотеневим методом вкрай скрутно, тому для дослідження оптичних неоднорідностей в даній роботі використовується звернений тіньовий метод.
II. Звернений тіньової метод
Розглянемо його оптичну схему, наведену на рис. 1.2. p> У Як джерела світла в зверненому тіньовому методі зазвичай використовуються джерела світла з високою яскравістю. Ці джерела можна використовувати безпосередньо відразу або для отримання великої різкості тіньової картини отримати спочатку з допомогою конденсора проміжне зображення на точкової діафрагмі.
В
Світло від джерела S проходить через конденсорних лінзу О, діафрагму D і між лінзами K 1 і K 2 утворюється паралельний пучок. Неоднорідність можна поміщати в збіжному, розходиться і в паралельних пучках. Чутливість методу може бути виражена формулою
(1.5)
З формули (1.5) випливає, що чутливість, тобто відношення Da/d `теоретично може рости до безкінечності, якщо зробити як завгодно малою величину тіньового зображення оптичної неоднорідності на екрані при постійному значенні Da. Якщо зберегти g постійним і збільшувати відношення h/q, то чутливість зростає від 0 для h = g до значення eg/d при h В® ВҐ. h В® ВҐ означає, що оптична неоднорідність просвічується паралельним пучком світла. Тому зображення її одно розмірами самої неоднорідності. Якщо ж оптичну неоднорідність просвічувати сходящимся пучком світла, залишаючи постійним g, то зображення шліри буде менше самої неоднорідності. Так як при цьому Da залишається постійним, то чутливість істотно збільшується. Але для отримання сходящегося пучка променів необхідно оптичне обладнання, так що основне перевагу тіньового методу втрачається.
У Наприкінці відзначимо основні переваги та недоліки тіньового методу.
Основним перевагою тіньового методу є надзвичайна простота установки, яка не вимагає майже ніякого оптичного устаткування, і можливість дослідження об'єктів, що мають знач...
