Левин Г.Г., Вишняков Г.Н. - Оптическая томография (1989) (1032160), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Вследствие рефракции излучения на объекте спеклструктура смещается относительно своего первоначального (без объекта) состояния. Величина смещения спекл-структуры в каждой точке изображения определяется углом рефракции луча, приходящего в эту точку Поэтому при освещении фотопластинки узким пучком света период возникавших интерференционных полос зависит от угла рефракции, который в свою очередь связан с производной от фазового сдвига вдоль направления, перпендикулярного к полосам, В работе приведен результат восстановления распределения показателя преломления внутри пламени спиртовки по описанным выше проекционным данным.
Метод муаровой дефлектометрии также используется для анализа трехмерных фазовых объектов в [79]. Малые отклонения зондирующих объект лучей от прямолинейной траектории визуализи- 82 руются с помощью двух решеток Копен), которые распо.южены параллельно друг другу на некотором расстоянии и ориентированы так, что штрихи решеток составляют небольшой угол Прн освещении такой системы коллимированным пучком света (можно и некогерентным [79]) сразу же за второй решеткой возникает муаровая картина в виде набора параллельных полос.
Если излучение происходит через объект, который вызывает рефракцию зондирующих лучей, то муаровая картина деформируется, так как искажается изображение первой решетки. Величина искривления муаровых полос зависит от производной оптической длины пути вдоль направления этих полос. В работе описан эксперимент по измерению температурного поля над двумя нагретыми цилиндрами (диаметра 3,82 см и одинаковой длины), расположенными вертикально на одной вращающейся платформе на расстоянии 6 см друг от друга. Различные углы зондирования были достигнуты за счет вращения объекта. Приведена томограмма температурного поля воздуха на высоте 0,7 см над цилиндрами, пол)ченная по десяти муаровым дефлектограммам для углов просвечивания О, 10, 20, ..., 90'. Используется алгоритм, основанный на формуле инверсного преобразования Радона (1.25).
Результаты цифрового восстановления сравниваются в некоторых точках с данными термопары и показывают хорошее согласие с ними. Отмечаются простота метода, уменьшение требований к механической стабильности установки по сравнению с интерферометрией. Однако контраст муаровых полос ниже, чем у интерферограмм, что затрудняет автоматическую обработку муаровых дефлектограмм.
Наиболее остро проблема измерения ПРПП стоит при контроле качества изготовления оптических стеклово.юкон, Это связано с бурным развитием волоконно-оптических систем связи, а также с тем, что максимальная полоса пропускання волоконного световода достигается оптимизацией распределения показателя преломления по сердцевине волокна. В связи с этим разработано большое количество разрушающих и неразрушающпх методов измерения профиля показателя преломления оптических волокон и их заготовок.
Многие из этих методов описаны в [80[, Общая тенденция развития методов диагностики стекловолокон состоит в упрощении способов визуализации проекций такого фазового объекта для того, чтобы можно было создать надежную, простую и недорогую систему ввода данных о проекциях в ЭВМ. Мы остановимся на двух, по нашему мнению наиболее перспективных, методах измерения ПРПП заготовок стекловолокон, которые уже нашли воплогцение в приборах для диагностики заготовок.
Так называемый метод треугольной маски, вначале предложенный в [81) для исследования осесимметричных заготовок, был использован в [82) для измерения ПРПП заготовок оптических волокон, не обладающих осевой симметрией. Проекционные данные визуализировались просто в виде зависимости функции отклонения (угла отклонения) от поперечной ко- ! , ординаты стекловолокна. На рис, 3,4 приведена оптическая схема 1 6" 83 Рнс 3 4 Схема с треугольной маской: г — объект (стеклоаолокнон у — цилиндрическая лннаа, а— треугольная маска; Л вЂ” регнстратор из (821, поясняющая суть метода. Функцией отклонения называется зависимость угла рефракции (1 луча, падающего на объект с прицельным параметром р.
В параксиальном приближении'имеем р(р) -др(р)1дР для каждого направления зондирования. В данной схеме для прямого наблюдения функции отклонения используется тот факт, что распределение показателя преломления вдоль оси стекловолокна (вдоль оси у на рис. 3.4) или его заготовки слабо меняется, т. е. его на некотором отрезке можно считать постоянным, Объект освещается коллимированным пучком свега, каждый луч которого претерпевает отклонение от первоначальной траектории. Угол отклонения луча 8(р) цилиндрической линзой 2 преобразуется в смешение данного луча в фокальной плоскости 3 на величину ге=)18 (1(Р), где 1 — фокусное расстояние линзы. Линза 2 оптически сопрягает центральное сечение (у,р) заготовки 1 и плоскость регистрации 4. В фокальной плоскости 3 установлена тре)тольная маска, которая для каждого сечения у=сопз1 задерживает часть лучей, угол отклонения которых такой, что смещение г'1к р(Р)=)р(Р)(У/1ка, где а — угол треугольной маски (см, рис, 3.4).
Следовательно, до плоскости 4 в сечении у=сопз1 дойдут только те лучи, которые, падают на объект 1 с прицельным параметром р, удовлетворяюгцим условию р(р) ~ у(~1до. Граница между светлыми и темными участками в каждом сечении плоскости 4 определяется из предыдущего неравенства соотношением У=У1а р(Р) Видно, что линия этой границы представляет собой зависимость функции отклонения р(Р). В [82] такая теневая картина считыва- 84 лась телевизионной камерой, причем направление развертки совпадало с осью у.
Поэтому информация о функции отклонения р1р) была закодирована в ширине импульса видеосигнала, соответствующего светлой части картины. На получение цифровых данных об одной проекции й(р) в 128 ее точках вдоль оси р уходило 30 сек. Различные проекци были получены путем вращения заготовок.
На сбор данных о 18 проекциях потребовалось около 10 мин. Для восстановления томограмм использовался алгоритм фильтрации обратных проекций. Приведено графическое сравнение томографического восстановления ПРПП вдоль диаметра заготовки с данными разрушающего метода интерферометрии ее поперечного среза, показавшее хорошее совпадение результатов измерений обоими способами. В 1831 метод пространственной фильтрации получил дальнейшее развитие. Во-первых, в этом методе снималось условие однородности 1постоянства) показателя преломления вдоль оси заготовки стекловолокна. Во-вторых, для получения данных о функции отклонения в отличие от описанной вьппе схемы требовались лишь одномерная пространственная фильтрация, отображение и считывание оптических сигналов.
Треугольная маска 3 1см. рис. 3.4) была заменена на вертикальную полуплоскость, движущуюся вдоль оси ы. Конструктивно такой фильтр был выполнен в виде врашающегося диска с вырезанным сектором, причем ось врашения располагалась ниже оптической оси г, параллельно ей. С помошью данного фильтра величина смешения лучей в фокальной плоскости линзы 2 кодировалась во времени. В плоскости изображения 4 центрального сечения заготовки 1 данная информация выделялась с помошью специальной детектируюшей системы с опорным электрическим каналом. Описанная схема легла в основу автоматического анализатора заготовок стекловолокна «Р101 Рге1оггп Лпа!ухег», выпускаемого фирмой Уогй Тесйпо1оду.
Данный анализатор фактически является одним из первых оптических компьютерных томографов. В нем все операции получения и обработки проекций, восстановления и отображения томограмм распределения показателя преломления выполняются автоматически. 3.3. АБСОРБЦИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ 3.3.1. Основные уравнения абсорбиионной томографии В предыдуших параграфах рассматривались те томографические методы диагностики, в которых информация о внутренней структуре содержалась в изменяюшейся оптической длине пути зондирующего поля. При этом определялось распределение показателя преломления объекта, Другой физической характеристикой, исываюшей его свойства, является показатель поглощения, корый определяет уменьшение интенсивности зондирующего излуния при его прохождении через среду, заполненную веществом.
ление поглощения света широко используется в различных об- 85 ластях науки н техники. На нем основаны такие высокочувствительные методы исследования, как абсорбционный спектральный анализ, спектрофотометрия, колориметрия и т. д. Поэтому вполне естественно выглядит использование данного явления для анализа распределения показателя поглощения и связанных с ним свойств объекта. Основным законом, описывающим процесс поглощения света, является закон Бугера-Ламберти, который легко может быть получен из уравнения переноса излучения, Для случая однородного потока монохроматического излучения, падающего на объект, с распределением показателя поглощения в его сечении К(х,у) указанный закон может быть записан в виде Р 7 (и) = У, ехр — К (х, у) Ж, (3.10) где !в — значение интенсивности света иа границе объекта; 0 и и — граничные точки сечения объекта. Интегрирование ведется вдоль прямой 1 внутри исследуемого объема.
Введем угол зондирования ~р и перепишем уравнение (3.10) в виде и 1(р, в) =У,ехр — К(х, у)6(р — хсоз~р — уз1п 6)дхду, (311) где р=хсозу+уз(п~р — уравнение прямой, вдоль которой происходит распространение излучения (поглощение) и наблюдение. При исследовании показателя поглощения мы полагаем, что экстинкция в основном обусловлена эффектом поглощения, а рассеян ~е мало. Поэтому естественно, что в данном решении уравнения переноса излучения мы пренебрегаем многократным рассеянием. Диффузная составляющая излучения полагается малой, но при ее наличии в точке регистрации необходимо осуществлять соответствующую фильтрацию, Регистрацию интенсивности прошедшего излучения, по которому затем определяют проекции, осуществляют фотометрическими методами. Из выражения (3.10) следует, что проекция искомой функции К(х,у) связана с измеряемой величиной 7 нелинейным уравнением.
Для определения значения проекций необходимо найти решение уравнения (3.10), которое нетрудно представить в виде 1(и) )п — = (' К (х, у) Н = К. 10 О Представляет интерес исследование показателя поглощения в объектах, в сечении которых имеются также флуктуации показателя преломления. В (35) введено понятие фазовых объектов. При прямолинейном распространении поля в таких объектах возникают изменения его фазы. По аналогии амплитудно-фазовыми будем называть такие объекты, при прохождении излучения через которые возникает модуляция как амплитуды, так и фазы поля. В 86 этом случае показатель преломления полагают комплексным числом х=п+ хК (3.12) Тогда поле, прошедшее через объект в отсутствие рефракции и дифракции, можно записать и виде с=с,ыр~ — — 1ки,у>м1 рй — )~и,у>а~.е~з~ 2я " 1 1.'2я " о о Из выражения (3.!3) видно, что затухание обусловлено экспонен- циальным членом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
