Введение к работе
Актуальность работы. Ускорение работ в различных отраслях, связанных с синтезом новых химических и химико-биологических соединений, использованием технологических сред, исследованием оптико-физических свойств веществ и решением целого ряда других проблем, предполагает создание адекватных методов контроля и оптико-электронных измерительных средств метрологической поддержки. Традиционно одним из основных методов оптического контроля является рефрактометрический метод, предусматривающий измерение показателя преломления (ПП), являющегося одной из наиболее универсальных характеристик твердых, жидких и газообразных веществ.
Измерения ПП позволяют определять концентрацию двухком-понентных растворов, а сочетание рефрактометрических измерений с определением других физических свойств обеспечивает возможность анализа тройных и более сложных смесей. Последнее позволяет осуществлять экспресс-анализ продуктов химических производств и технологических сред промышленного назначения. Кроме того, ПП служит важным критерием чистоты вещества, что представляется существенным фактором при создании новых "экологически чистых" производств электронной промышленности.
ПП и его производные являются важнейшими характеристиками активных сред лазеров, по результатом контроля которых производится оптимизация режимов излучения, что позволяет повысить надежность и безопасность при эксплуатации лазерных энергетических установок.
В нашей стране и за рубежом создан и серийно освоен ряд различных рефрактометрических средств, на фоне которых особо выделяется весьма перспективный класс лазерных интерференционных рефрактометров (ЛИР), обеспечивающих прецизионное измерение ПП оптически прозрачных газов, жидкостей п твердых тел и играющих часто роль вторичных эталонов при аттестации менее точных рефрактометрических устройств, а также использующихся для проведения оригинальных исследований и производственного контроля.
Цель работы: разработка методов и средств прецизионной лазерной интерференционной рефрактометрии газов и жидкостей.
Методы исследования: в работе используются методы геометрической и волновой оптики, теории вероятности и теории измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана оптическая схема ЛИР рэлеевского типа, в котороіі применены оригинальные интерференционный модулятор (Ш) п растровое сопряжение,
разработаны методы и средства для измерения изменений порядка интерференции (ИЛИ), предусматривающие автоподстройку амплитуды интерференционной модуляции и статистическое усреднение с коррекцией результатов измерения,
разработана оптическая схема трехканального НІР, в которой использованы оригинальные четцрехпроходные интерференционные каналы и Ш дифференциального типа,
разработаны методы и средства, измерения ІІШІ," предусматривающие определение дробной части порядка интерференции (ДЧШ1) по результатам периодической регистрации трех и пяти временных интервалов,
осуществлен оптимизационный точностной анализ обеих схем ЛИР, даны рекомендации по выбору основных параметров схем и осуществлен расчет основных погрешностей для обеих схем ЛИР,
предложены методы адаптивной регистрации ШШ, предполагающие гибкое сочетание модуляционных и безмодуляционных методов регистрации и обеспечивающие существенное повышение быстродействия рефрактометрических устройств.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
создан оптический прибор - автоматический ЛИР рэлеевского типа с усовершенствованной оптической схемой; для регистрации ШШ в ЛИР использованы модифицированные метод временных интервалов (ШЗИ) с автоподстройкой амплитуды интерференционной модуляции и метод "трех зон" с коррекцией результата в условиях усреднений,
создан оптический прибор - трехканальный ЛИР с оригинальными схемами оптических каналов; для регистрации ШШ в ЛИР использован модифицированный І.ІВИ с периодическим измерением 3 временных интервалов,
проведена конструкторская разработка на трехканальный ЛИР, в результате чего имеется возможность его серийного выпуска
исследованы точностные характеристики ЛИР рэлеевского типа и трехканального ЛИР, а также их компонентов; результаты исследований учтены при проведении оптимизационного анализа.
Реализация работы:
На основе предложенных рефрактометрических и интерференционное методов и средств разработаны опытные образцы приборов:
автоматический ЛИР газа рэлеевского типа, предназначешшіі г,ля измерения абсолютных ПП газов,
трехканальный ЛИР жидкости, предназначенный для измерения ібсолютнцх ПП прозрачных электролитов.
Разработанные методы и приборы использованы:
рефрактометр газа использован на каф.ТОТ І.ЇЗИ для целей ?еплофизических исследований газовых лазеров,
рефрактометр жидкости планируется к внедрению на Магашю-:троительном заводе "Молния" для целей контроля технологических :ред гальванического производства,
методика расчета оптических схем ЛИГ используется в учеб-юм процессе на кафедре физики им. В.А.Фабриканта МОИ.
Апробация работы. Материалы теоретических и эксперпыанталь-1ых исследований докладывались и обсуждалпть па Всесоюзной конференции "Метрология в дальнометрии" (Харьков, 1988), на конфо-юнциях "Лазеры в народном хозяйство" (Москва, 1986, 1991), 'Новые информационные и электронные технологии в народном хозлй-:тве и образовании" (Москва, 1990), на конференциях молодых учение и специалистов (Москва, 1979, 1981).
Результаты выполненных исследований опубликованы в 1С научнее статьях и 4 научно-технических отчетах.
Оригинальность реализованных технических решений нашла свое >тражение в 25 зарегистрированных изобретениях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, [яти глав, заключения и списка литературы (117 наименований). 3абота содержит 205 страниц основного текста, 49 рисунков и 3 таблицы.