Оптичні методи та інтерактивні засоби контролю в діагностиці неоднорідних середовищ

В продовження цього приводиться коректна методика контролю найважливіших спектрофотометричних характеристик неоднорідних середовищ за методом інтегрувальної сфери. Ця методика дозволяє на основі термодинамічного балансу вимірювати практично абсолютні значення: коефіцієнт відбивання R та його дзеркальної rдзерк і дифузної rдф компонент; коефіцієнт пропускання Т та його прозорої проз і дифузної диф компонент; коефіцієнт  та натуральний показник m поглинання; коефіцієнт  та натуральний показник m розсіяння; коефіцієнт k та натуральний показник - затухання (екстинкції) ; індикатриси розсіювання f () в межах тілесного кута 4; оптичну густину середовища D та інші. Крім того, на основі подальшого фотометричного розрахунку з врахуванням вище зазначених виміряних характеристик розроблена методика визначення основних оптичних функцій речовини: показника заломлення n, константи поглинання  , функції енергетичних витрат Г (, зсув фазового кута  при взаємодії випромінювання з речовиною, молярного показника поглинання тощо.

Далі за методом вузьконаправленого пучка для квазіоднорідних об’єктів приведена методика контролю всіх 16-ти компонент вектора-параметра Стокса поляризаційної матриці переносу  . Вона базується на визначенні інтенсивності (яскравості) Bi пройденого крізь розсіювальне і поглинальне середовище випромінювання при відповідних комбінаціях орієнтації поляризаційних елементів (поляризатора, аналізатора і компенсатора у вигляді чверть-лямбда платівок) при відомому стані поляризації освітлювального потоку Bj. При цьому

 

 . (10)

 

Розроблена також методика контролю оптичних параметрів мутних середовищ за методом глибинного режиму, яка дозволяє одержувати показник послаблення - гранично розсіяного випромінювання, просторової опроміненості Е0, низхідного Е та висхідного Е потоків всередині аерогідрологічного середовища, а, відтак, і визначати показники його поглинання m і розсіяння m та ефективно проводити локацію природних об’єктів.

Здійснено синтез оригінальної методики контролю та неінвазивної діагностики поверхні біотканини з допомогою виносного інтегрувального зонда за методом дифузного відбивання. Вона базується на трикомпонентній колориметричній теорії XYZ (RGB). За виміряними спектральними коефіцієнтами дифузного відбивання R у локусі (кольоровому трикутнику) однієї з колориметричних систем визначається домінуюча довжина хвилі інтактної тканини і з пошкодженням, чистота кольору травмованої поверхні, а, відтак, інтерпретується у часі отримання травми, що є об’єктивним та достовірним діагностичним критерієм у судмедекспертизі, криміналістиці тощо.

Отже, розроблені методики, дійсно, є універсальними, оскільки дозволяють експресно визначати більшість основних оптичних характеристик неоднорідних об’єктів прямими експериментальними методами. Вони є коректні, зручні і достовірні. Зважаючи на те, що раніше такої узагальненої методики або не існувало, або вона була вузькоспеціалізована і метрологічно не вивірена, то цей розділ дисертаційної роботи є значним науковим результатом у розвитку сучасних оптичних засобів контролю світлорозсіювальних об’єктів.

Четвертий розділ є ключовим, оскільки у ньому представлені результати розробки структур, принципу дії та аналіз метрологічних характеристик інтерактивних засобів контролю (ІЗК) неоднорідних середовищ, тобто апаратна реалізація роботи. В першу чергу, проведено аналіз метрологічних та технологічних особливостей оптичних зразкових засобів порівняння, які використовуються у фотометричній кулі як еталоновані покриття інтегрувальної порожнини. Це – оксид магнію, молочне скло, фарби на основі сульфату барію та алюмосилікату магнію і політетрафторетилен (ПТФЕ). В результаті досліджено, що найкращими дифузно-відбивальними якостями володіє ПТФЕ і оксид магнію, але технологія приготування краще відпрацьована для емалі на основі BaSO4 та задимлення MgO.

Далі приводиться синтез передатної функції та загальної структурної схеми оптико-електронних систем ОЕС контрольно-вимірювального типу (рис. 1, 2).

У структурній схемі замкнутої ОЕС: SOC (p), SOB (p), SІР (p), SФП (p), SНП (p), SАД (p), SПК (p), SК (p), SВО (p), SРЕД (p) – передатні функції відповідно оптичної системи (монохроматор, коліматор), об’єкта і зразкового засобу, інтегрувального резонатора, фотоприймача, ланцюга навантаження і підсилення, адаптера у складі вихідного пристрою (персонального комп’ютера), контролера, виконавчих органів (реверсивних крокових електродвигунів) та редукторів; gc (t) – корисний детермінований або випадковий сигнал від джерела проміння; Gc (t) – його спектр; Sc (), Sзовн (), Sфп (), Sнп (), Sш () – спектральні густини потужностей завад (шумів і спотворень) вхідного сигналу, зовнішніх, фотоприймача, блока перетворення-підсилення та на виході системи відповідно; x (t), X (p) – динамічна похибка системи і її спектр; yc (t), Yс (p) – вихідний сигнал і його спектр.

В результаті виведені рівняння перетворення та передатні функції для кожного із вище наведених блоків і вузлів ОЕС. Отже, загальна передатна функція ОЕС з врахуванням правил перетворення структурних схем має вигляд:

 

 , (11)

 

де Sпрям (p) – передатна функція верхнього головного ланцюга як одноколової розімкненої системи; Sзвор (p) – передатна функція нижнього ланцюга зворотної дії для керування спектральними, геометричними параметрами пучка, а також автоматичної перестановки об’єкта і зразкового чи контрольного (нормованого) засобу порівняння у інтегрувальному резонаторі.

Як логічне продовження його, описуються принципи побудови і дії, структурні та функціональні схеми розроблених інтерактивних засобів контролю, спряжених з ПК:

а) багатофункціональний спектрофотометр БСФ-2, з допомогою якого реалізується методика одержання абсолютних значень найважливіших оптичних параметрів і функцій неоднорідних об’єктів за методом інтегрувальної сфери;

б) спектроекстинциметр поляризаційний СЕП-3, що дозволяє реалізувати методику дослідження всіх 16-ти параметрів поляризаційної

матриці Стокса за методом вузьконаправленого пучка;

в) автоматизована система МАС-2 локації мутних середовищ, що дозволяє одержувати профілі (тіло) яскравості у глибинному режимі;

г) комп’ютерно-вимірювальна система КВС-1 для діагностики