Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ

А.Е. Давыдов

Чебоксары 2000 - 2007

1. ПРЯМОТЕНЕВОЙ МЕТОД

Прямотеневой метод позволяет приближенно определить вторую производную показателя преломления. Поэтому он нашел широкое применение при изучении явлений, связанных с резким изменением показателя преломления n, таких как ударные волны, зоны горения предварительно перемешанной горючей смеси, контроля оптических стекол.

I. Схема теневого метода

Один из наиболее простых вариантов установки для теневого метода приведен на рис. 1.1.

Здесь L - точечный источник света, Э - экран. Между ними помещается исследуемая неоднородность S. Свет от источника L при прохождении через шлиру отклоняется.

Пусть световой луч LA испытывает при прохождении через оптическую неоднородность отклонение на угол e (рис. 1.1). Вследствие этого он попадает не в точку А`, а в точку А``, которая удалена от А` на расстояние Dа=g×tge. Но так как угол e мал (а только такие случаи и имеет смысл исследовать теневым методом), то tge@e, и поэтому

Dа=e×g, (1.1)

где g - расстояние от оптической неоднородности до экрана.

Смещение точки падения луча на экране вызывает изменение освещенности, которое и указывает на наличие неоднородности на пути лучей. Относительное изменение освещенности экрана, то есть чувствительность теневого метода, пропорциональна отношению Dа/d`, где Dа - смещение точки падения луча на экране, d` - размер теневого изображения неоднородности.

Выясним, как зависит это отношение от параметров теневой установки. Из рис. 1.1 имеем:

или (1.2)

где d - размер неоднородности.

Поэтому

.  (1.3)

Отношение e/d зависит только от характера и размера неоднородности, и поэтому мы его можем считать заданной величиной.

Обозначим в (1.3) g/h через x. Тогда

. (1.4)

Функция f(x)=x(1-x) имеет максимум при x=0.5, то есть чувствительность максимальна при g/h=0.5 или при g=h/2.

Следовательно, для увеличения чувствительности теневого метода необходимо:

а) увеличить расстояние h от источника света до экрана насколько позволяет помещение;

б) помещать оптическую неоднородность приблизительно в середине между источником света и экраном Э.

Однако качество теневой картины на экране определяется не только указанным отношением Da/d`, но и другими факторами, например, не резкостью, вызванной дифракцией света на краю неоднородности, не резкостью, обусловленной конечными размерами источника света и необходимостью установки больших габаритов.

Исходя из вышеизложенного следует, что исследование фазовых объектов прямотеневым методом крайне затруднительно, поэтому для исследования оптических неоднородностей в данной работе используется обращенный теневой метод.

II. Обращенный теневой метод

Рассмотрим его оптическую схему, приведенную на рис. 1.2.

В качестве источников света в обращенном теневом методе обычно используются источники света с высокой яркостью. Эти источники можно использовать непосредственно сразу или для получения большой резкости теневой картины получить вначале с помощью конденсора промежуточное изображение на точечной диафрагме.

Свет от источника S проходит через конденсорную линзу О, диафрагму D и между линзами K1 и K2 образуется параллельный пучок. ............