×
15.11.2019
219.017.e1eb

Прибор для спектрального анализа излучения от объектов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002706048
Дата охранного документа
13.11.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области спектрального анализа и касается прибора для спектрального анализа излучения от объектов. Прибор содержит последовательно соединенные оптический блок с объективом, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, аппаратуру цифровой обработки и систему отображения. Оптический фильтр представляет собой поворачивающийся многогранный барабан с зеркалами, на которые нанесены прозрачные покрытия различной толщины h. Угол наклона зеркал по отношению к потоку излучения i задается за счет изменения числа граней барабана p и определяется из соотношения i=360/р. Длина волны спектра, измеренного с помощью каждого зеркала, определяется из соотношения: λ=4h(n-sini)/3, где n - показатель преломления материала покрытия. Устройство вращения барабана соединено с аппаратурой цифровой обработки через блок синхронизации. Технический результат заключается в повышении чувствительности и разрешающей способности устройства. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к оптическим устройствам для проведения спектрального анализа излучения от объектов.

Известны технические решения для проведения спектрального анализа излучения от объектов, включающие последовательно соединенные оптический блок с объективом, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, аппаратуру цифровой обработки и систему отображения (Описание к АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР (21) 4016140/24-21 (22) 29.12.85 (46) 30.04.87. Бюл. 1 16 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (72) А.Ф. Бухенский, А.П. Лонский, С.В. Морозов, Т.Н. Сергеенко и В.И. Яковлев (53) 621.317.757(088.8) (56) Hessel К.R. Appl. Opt, 1974, v. 13, №15, p. 1023-1028; Патент США 6154297; Патент РФ №780699 «Когерентно-оптический спектроанализатор»).

В качестве оптических фильтров в них используются различные прозрачные материалы, которые, как правило, пропускают определенный узкий диапазон анализируемого излучения, а для остального спектра являются непрозрачными. Но, в любом случае, установка такого фильтра в оптическую систему прибора сопровождается потерей мощности излучения на анализируемой длине волны λ. Поэтому спектры малой интенсивности с помощью таких устройств зарегистрировать очень сложно.

Автором установлено, что при взаимодействии исследуемого излучения с прозрачными пленками различной толщины, нанесенными на непрозрачные зеркала можно увеличить интенсивность потока на определенных длинах волн, а на других волнах существенно уменьшить, за счет их интерференции, и, тем самым, повысить чувствительность спектроанализатора при проведении анализа излучений малой интенсивности на исследуемых длинах волн.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1 и фиг. 2.

Фиг. 1. Схема хода оптических лучей в плоскопараллельной пластине: S - направления, падающих на прозрачную пластину лучей; U и О - направления лучей, отраженных от поверхностей пластины без преломления и с преломлением соответственно; i - угол падения лучей на пластину; h - толщина пластины; r - угол преломления лучей в пластине.

Фиг. 2. Схема построения спектроанализатора: 1 - корпус; 2 - фотопоток от объекта; 3 - оптический блок с объективом; 4 - поворотный барабан с зеркалами; 5 - покрытие на зеркалах; 6 - направление поворота барабана; 7 - фотоприемник (ПЗС-матрица).

Как известно, поток излучения световых волн состоит из множества элементарных некогерентных цугов волн, соответствующих различным актам спонтанного излучения атомов или молекул источника энергии.

В классической теории излучения света атомом заряд частицы принимают равным заряду электрона. За время релаксации (время, за которое совершается число полных колебаний - один цуг волн) принимают промежуток времени, в течение которого амплитуда свободных колебаний заряда уменьшается в е раз вследствие потерь энергии на излучение.

Для частот видимого и инфракрасного излучения время релаксации составляет примерно 10-8 с - 10-7 с, а число полных колебаний составляет примерно - 107. Исходя из этих данных, представляется возможным оценить длину хода оптических лучей за время одного цуга. Но, так как в одном цуге лучи когерентны, то значит можно определить длину хода ΔS когерентных лучей в каждом цуге излучаемых волн. Это можно выполнить с использованием известного соотношения

где τ - средняя продолжительность одного акта излучения света атомом источника, c - скорость света в вакууме.

Как видно, с учетом времени релаксации τ, ΔS может изменяться от трех до тридцати метров.

Ход лучей в современных оптических системах, как правило, меньше этих величин. Это обстоятельство позволяет создавать оптические системы, обеспечивающие преобразование волн в пределах одного цуга. В таком случае каждый цуг можно считать квазимонохроматичным.

Рассмотренные выше свойства волн предлагается использовать в устройствах для повышения их разрешающей способности по регистрации излучения от объектов в заданном диапазоне длин волн и обеспечения возможности выполнения спектрального анализа излучения от объекта.

Для этого предлагается в течение каждого цуга излучения производить разделение потока, как минимум, на два, которые после прохождения различных путей накладываются друг на друга. В каждом из таких потоков имеются попарно когерентные между собой и одинаково поляризованные цуги, соответствующие одним и тем же актам излучения атомов источника (объекта). Создавая определенную разность фаз между когерентными цугами волн, вследствие прохождения ими различных расстояний от источника до фотоприемника в плоскости фотоприемника можно создать интерференционную картину этих волн.

Предлагается регистрировать изображение в условиях, когда на заданной длине волны в зоне фотоприемника будет обеспечено совпадение фаз разделенных потоков, что, в свою очередь, обеспечит максимальную интенсивность потока на этой длине волны, в то время как другие волны (из-за рассогласования фаз) будут иметь меньшую интенсивность. При этом на фотоприемнике будет обеспечено максимальное соотношение интенсивности регистрируемого изображения на данной длине волны к интенсивности шума от других длин волн, и тем самым будет обеспечено повышение чувствительности и разрешающей способности способа регистрации изображения объектов.

Кроме того, предлагается регистрировать интенсивность интерференционной картины того же изображения для той же длины волны в условиях, когда волны находятся в противофазе. Интенсивность излучения на данной длине волны в этом случае будет близка к нулю, а интенсивности излучения на других длинах волн останутся примерно такими же, что и в случае совпадения фаз. Проведя вычитание интенсивностей изображений в «фазе» и «противофазе», можно получить дополнительное снижение уровня шума в зарегистрированном изображении.

Регистрируя, таким образом, изображение объекта на конкретных длинах волн, представляется возможным производить и спектральный анализ излучения данного объекта.

Для проверки работоспособности и осуществимости предлагаемых технических решений создание разности оптического хода интерферирующих лучей выполнено с использованием плоскопараллельных пластин.

Расчеты, с использованием известных соотношений, поясняющие возможность создания интерференционной картины с помощью плоскопараллельных прозрачных пластин приведены ниже. Схема хода лучей в такой пластине поясняется на рисунке фиг. 1.

Оптическую разность хода интерферирующих лучей ΔS, отраженных от обеих поверхностей плоскопараллельной пластины, можно определить из известного соотношения:

где n - показатель преломления материала пластины, λ - длина волны излучения.

Условия максимумов и минимумов для интерференционной картины, образуемой когерентными волнами, отраженными от обеих поверхностей пластины, определяются условием:

здесь k=2m, где m - целое число, для минимумов и k=2m+1 для максимумов.

Если отражение от обеих поверхностей пластины происходит с потерями λ/2 (или без них), то интерференционная картина смещается на полполосы, т.е. значения k=2m соответствуют интерференционным максимумам, а k=2m+1 - минимумам.

Следует отметить, что наблюдение интерференции возможно лишь при малых разностях хода волн ΔS. Если ΔS≥τc, то накладывающиеся волны заведомо некогерентны и не интерферируют. Поэтому, для обеспечения малой разности хода волн, плоскопараллельные пластины должны быть тонкими, например, в виде тонких пленок.

Для подтверждения расчетов проведены эксперименты. В проведенных экспериментах пластины выполнены в виде тонких пленок, нанесенных на зеркальное металлическое основание. На зеркала с алюминиевой основой напылением в вакууме были нанесены покрытия из сульфата цинка (n=2,4) различной толщины, рассчитанные в соответствие с соотношением (3) для различных длин волн и углов падения. В результате получено:

- прямоугольное зеркало с толщиной покрытия h0,26 мкм - в нем белый лист при угле i=45° по внешнему виду при сравнении с цветовой гаммой стандартной шкалы длин волн сопоставим с цветовой гаммой, соответствующей длине волны, примерно 460 нм;

- круглое зеркало с толщиной покрытия h0,45 мкм - в нем белый лист при угле i=45° по внешнему виду сопоставим с цветовой гаммой соответствующей длинам волн 710-715 нм.

Приведенные данные (расчет и эксперимент) по толщинам пластин и полученным длинам волн основного спектра пластин (при сопоставлении со стандартной шкалой) подтверждают правомерность приведенных выше предположений и расчетов. А именно, изменением толщины прозрачной плоскопараллельной пластины можно создавать условия для интерференции электромагнитных волн отраженных (излученных) от объекта.

Для прямой проверки этого предположения был создан макет устройства, аналогичный приведенному на фиг. 2. В этом устройстве использованы лазерный излучатель с длиной волны 8 мкм, плоскопараллельные пластины с толщиной прозрачного слоя 2,7 мкм и 1,63 мкм из сульфата цинка, а также фотоприемное устройство. В качестве фотоприемного устройства в ИК-диапазоне использован прибор с фотоприемником на неохлаждаемом болометре, работающем в диапазоне длин волн 8-12 мкм. Зеркала устанавливались под углом 45° к фотоприемному устройству и объекту. Результаты экспериментов показали, что при наблюдении объекта с использованием зеркала с толщиной покрытия 1,63 мкм объект не наблюдается, а при установке зеркала с толщиной покрытия 2,7 мкм объект четко наблюдается с высоким уровнем контрастности.

Таким образом, приведенные выше данные показывают, что для повышения чувствительности и разрешающей способности технических устройств по фиксации объектов с низким уровнем излучения (в том числе, ночью) могут быть использованы плоскопараллельные тонкие пленки, устанавливаемые определенным способом в оптическую систему приема информации. Описанные выше эффекты могут быть использованы для проведения спектрального анализа излучения от объекта, т.е. применяться как своеобразный усиливающий фильтр.

Схема работы спектроанализатора приведена на фиг. 2. Спектроанализатор работает следующим образом.

Излучение от объекта 2 после прохождения через оптический блок 3 падает на одно из зеркал поворачивающегося барабана 4 под углом i к поверхности, на которой нанесена тонкая пленка 5 толщиной h из прозрачного материала с показателем преломления материала пленки n. Часть потока излучения отражается от поверхности пленки, а часть проходит сквозь пленку и отражается от непрозрачной поверхности зеркала. Эти потоки излучения смещены относительно друг друга на расстояние ΔS. Такое смещение позволяет потокам излучения, упав на поверхность фотоприемника 7 (ПЗС-матрицы) интерферировать, усиливая общий поток излучения. Тем самым достигается выделение и усиление, исследуемой длины волны излучения. При повороте барабана по направлению 6 на пути потока излучения встает зеркало с другими параметрами покрытия. При этом выделяется поток излучения с другой длиной волны. Таким образом, выполняется последовательный анализ спектра излучения от объекта.

Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию промышленной применимости.

Прибор для спектрального анализа излучения от объектов, включающий последовательно соединенные оптический блок с объективом, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, аппаратуру цифровой обработки и систему отображения, отличающийся тем, что оптический фильтр представляет собой поворачивающийся многогранный барабан с зеркалами, на которые нанесены прозрачные покрытия различной толщины h, причем угол наклона зеркал по отношению к потоку излучения i задается за счет изменения числа граней барабана р и определяется из соотношения i=360/р, а длина волны λ измеренного спектра с помощью каждого зеркала определяется из соотношения λ=4h(n-sini)/3, где n - показатель преломления материала покрытия, причем устройство вращения барабана соединено с аппаратурой цифровой обработки через блок синхронизации.
Прибор для спектрального анализа излучения от объектов
Прибор для спектрального анализа излучения от объектов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 54.
03.07.2018
№218.016.69bc

Способ стрельбы артиллерийскими снарядами на дальние расстояния

Изобретение относится к артиллерийскому вооружению и боеприпасам и, в частности, к стрельбе снарядами из артиллерийских орудий. Технический результат - повышение дальности стрельбы. По способу перед выстрелом уменьшают сопротивление движению снаряда. Для этого с помощью лазера в диапазоне длин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659449
Дата охранного документа: 02.07.2018
03.07.2018
№218.016.69f4

Способ коррекции времени срабатывания дистанционного устройства в артиллерийском снаряде

Изобретение относится к области разработки и производства артиллерийских снарядов. Технический результат – повышение эффективности способа за счет возможности осуществления автономной операции по коррекции времени срабатывания дистанционного устройства. Способ заключается в том, что с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659447
Дата охранного документа: 02.07.2018
28.07.2018
№218.016.75e5

Способ оценки эффективности мишени противостоять воздействию кинетических снарядов

Изобретение относится к методам оценки эффективности бронебойных боеприпасов и брони при их соударении и может быть использовано при создании новых боеприпасов и новой брони для защиты объектов. Способ оценки эффективности мишени противостоять воздействию кинетических снарядов заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662482
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.7614

Способ защиты радиовзрывателя на основе автодина от радиопомех

Изобретение относится к неконтактным взрывателям и может быть использовано для повышения помехозащищенности радиовзрывателей от воздействия различных помех. Предлагаемый способ защиты радиовзрывателя на основе автодина от радиопомех осуществляется следующим образом. В процессе работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662494
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.764c

Способ оценки ресурса стальных корпусов артиллерийских снарядов

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам и может быть использовано при оценке ресурса стальных корпусов снарядов после длительных сроков хранения. Сущность: на всех корпусах снарядов, без их разборки, в непосредственной близости к ведущему пояску на корпусе, производят измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662479
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.7694

Устройство для измерения максимальных нагрузок на снаряд при выстреле из артиллерийского орудия

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано для определения максимальных перегрузок, действующих на артиллерийский снаряд при выстреле. Сущность изобретения заключается в том, что крешерный прибор установлен непосредственно в снаряд неподвижно, так, что его дно находится со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662465
Дата охранного документа: 26.07.2018
09.09.2018
№218.016.854c

Способ определения высоты подрыва осколочно-фугасного снаряда над грунтом

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано для оценки функционирования неконтактных взрывателей. Перед испытаниями неконтактных взрывателей в составе снаряда проводят подрыв снаряда с контактным взрывателем. В образовавшейся при взрыве воронке измеряют глубину воронки h....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666375
Дата охранного документа: 07.09.2018
09.09.2018
№218.016.8551

Способ дистанционного подрыва снаряда

Изобретение относится к боеприпасам ствольной артиллерии и может быть использовано во взрывателях артиллерийских снарядов. Способ дистанционного подрыва снаряда заключается в том, что во взрыватель снаряда устанавливают несколько датчиков и с их помощью определяют параметры полета конкретного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666378
Дата охранного документа: 07.09.2018
19.09.2018
№218.016.888f

Способ коррекции траектории дальнобойного артиллерийского снаряда с донным газогенератором и головным электромеханическим взрывателем с тормозным устройством

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к способам коррекции области рассеивания осколочно-фугасных дальнобойных снарядов. Технический результат – повышение точности поражения. По способу вычисляют время включения тормозного устройства взрывателя. Вводят это значение времени в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667168
Дата охранного документа: 17.09.2018
19.09.2018
№218.016.88a6

Способ коррекции артиллерийских снарядов

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам и может быть использовано для коррекции управляемых артиллерийских снарядов. Технический результат – повышение эффективности применения ствольной артиллерии. По способу перед выстрелом боевым снарядом производят выстрел снарядом-разведчиком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667167
Дата охранного документа: 17.09.2018
Показаны записи 1-10 из 61.
10.06.2013
№216.012.47ba

Способ усиления звукового сигнала оповещения спецавтомобиля и устройство для его реализации

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Способ усиления звукового сигнала оповещения сненавтомобиля заключается в том, что выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания выпускают в атмосферу, минуя выхлопную трубу и коллектор. Выхлоп газов производят синхронно с уровнем звука...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483942
Дата охранного документа: 10.06.2013
25.08.2017
№217.015.b407

Способ альтернативного лечения инсулин-продуцирующей доброкачественной опухоли поджелудочной железы

Изобретение относится к медицине, а именно к эндокринной хирургии, и может быть использовано для альтернативного лечения инсулин-продуцирующей доброкачественной опухоли поджелудочной железы. Для этого проводят исследование уровня иммунореактивного инсулина и С-пептида. При показателях,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613717
Дата охранного документа: 21.03.2017
26.08.2017
№217.015.ed64

Способ лечения гормонально-активных опухолей надпочечников

Изобретение относится к медицине, эндокринной хирургии и может быть использовано для лечения гормонально-активных опухолей надпочечников путем радиочастотного воздействия на опухоль с помощью источника электромагнитного излучения. Для этого при выявлении повышения уровня гормонов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628645
Дата охранного документа: 21.08.2017
03.07.2018
№218.016.69bc

Способ стрельбы артиллерийскими снарядами на дальние расстояния

Изобретение относится к артиллерийскому вооружению и боеприпасам и, в частности, к стрельбе снарядами из артиллерийских орудий. Технический результат - повышение дальности стрельбы. По способу перед выстрелом уменьшают сопротивление движению снаряда. Для этого с помощью лазера в диапазоне длин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659449
Дата охранного документа: 02.07.2018
03.07.2018
№218.016.69f4

Способ коррекции времени срабатывания дистанционного устройства в артиллерийском снаряде

Изобретение относится к области разработки и производства артиллерийских снарядов. Технический результат – повышение эффективности способа за счет возможности осуществления автономной операции по коррекции времени срабатывания дистанционного устройства. Способ заключается в том, что с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659447
Дата охранного документа: 02.07.2018
28.07.2018
№218.016.75e5

Способ оценки эффективности мишени противостоять воздействию кинетических снарядов

Изобретение относится к методам оценки эффективности бронебойных боеприпасов и брони при их соударении и может быть использовано при создании новых боеприпасов и новой брони для защиты объектов. Способ оценки эффективности мишени противостоять воздействию кинетических снарядов заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662482
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.7614

Способ защиты радиовзрывателя на основе автодина от радиопомех

Изобретение относится к неконтактным взрывателям и может быть использовано для повышения помехозащищенности радиовзрывателей от воздействия различных помех. Предлагаемый способ защиты радиовзрывателя на основе автодина от радиопомех осуществляется следующим образом. В процессе работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662494
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.764c

Способ оценки ресурса стальных корпусов артиллерийских снарядов

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам и может быть использовано при оценке ресурса стальных корпусов снарядов после длительных сроков хранения. Сущность: на всех корпусах снарядов, без их разборки, в непосредственной близости к ведущему пояску на корпусе, производят измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662479
Дата охранного документа: 26.07.2018
28.07.2018
№218.016.7694

Устройство для измерения максимальных нагрузок на снаряд при выстреле из артиллерийского орудия

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано для определения максимальных перегрузок, действующих на артиллерийский снаряд при выстреле. Сущность изобретения заключается в том, что крешерный прибор установлен непосредственно в снаряд неподвижно, так, что его дно находится со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662465
Дата охранного документа: 26.07.2018
09.09.2018
№218.016.854c

Способ определения высоты подрыва осколочно-фугасного снаряда над грунтом

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано для оценки функционирования неконтактных взрывателей. Перед испытаниями неконтактных взрывателей в составе снаряда проводят подрыв снаряда с контактным взрывателем. В образовавшейся при взрыве воронке измеряют глубину воронки h....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666375
Дата охранного документа: 07.09.2018
+ добавить свой РИД