автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Лазерная рефрактографическая система диагностики диффузионного слоя жидкости

1

На правах рукописи

005003670

Крикунов Антон Валерьевич

ш

ЛАЗЕРНАЯ РЕФРАКТОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

2 4 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005003670

Работа выполнена в Федеральном Государственном Бюджетном Образовательном ^ Учреждении Высшего Профессионального Образовани^Национальном

исследовательском университете «Московском энергетическом институте» на кафедре физики им. В.А.Фабриканта (ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»)

HяVИHI.TЙ ПУТГП^ПТТиТРПТ, ТТОКТПП гЬичгг1ГП-МЯТРХ<ЯТСТиРП1<иУ УдУК,

----^ -------Гш/-------------------------г -х------------------ ^ ]

профессор Ринкевичюс Бронюс Симович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Вишняков Геннадий Николаевич,

кандидат физико-математических наук, Емельянов Виктор Моисеевич

Ведущая организация: ОАО «НПК «СПП»

Защита состоится «16» декабря 2011 г. в 16 часов 00 минут в аудитории Е-603 на заседании диссертационного совета Д 212.157.12 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет «НИУ «МЭИ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан « 'Ь » Нс>?.ср >._2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.157.12, к.т.н., доцент "¿т-'Ф/,__- Т.В. Ремюевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы происходит интенсивное развитие лазерных методов исследования потоков, основанных на явлениях рефракции и интерференции. Разработаны и выпускаются лазерные измерительные системы: лазерные доплеровские анемометры, лазерные анемометры по изображениям частиц, рефракционные приборы. Оптические измерения получили широкое распространение в научных исследованиях и промышленности благодаря многочисленным достоинствам, важнейшим из которых являются отсутствие механических возмущений исследуемой среды, дистащионность и многофункциональность. В связи с этим, лазерные методы диагностики потоков находят активное применение в исследовании полей акустических давлений, температуры, плотности, солености, скорости течения потоков. Эти методы позволяют исследовать поле показателя преломления, которое потом пересчитывается в искомое поле другой физической величины.

Благодаря появлению совершенно новых компактных и мощных полупроводниковых лазеров оптического диапазона и дифракционных оптических элементов, позволяющих получить структурированное лазерное излучение произвольной формы, стало возможным проводить исследования неоднородных сред на более высоком качественном уровне.

Развитие новых методов цифровой регистрации экспериментальных картин позволяет создавать новые способы измерения различных величин, исследуемого вещества. Совместное использование цифровой регистрации оптических изображений и их компьютерной обработки дает возможность сократить затраты труда и времени, а также повысить точность измерений.

Активное развитие компьютерных технологий в области вычислительной техники, а также программного обеспечения, позволило значительно упростить решение обратных задач, требующих значительных трудоемких ресурсов.

Исследование диффузионного (переходного) слоя между различными жидкостями необходимо для решения многих задач химии, медицины, пищевой промышленности. Изучение стратифицированных по плотности потоков - один

из важных разделов современной гидрофизики. Исследование гидрофизичесю течений в основном базируется на лабораторном моделировании и связано созданием плотлостной стратификации, измерением и контролем е характеристик. Применение метода лазерной рефрактографии, основанного н зондировании исследуемого объема структурированным лазерным излучение; для диагностики сред тоебует летального анализа пе<Ьпакпии лачепныу пикш!

' * ч X " "V-----

неоднородных средах.

Представленная диссертация посвящена разработке лазерно рефрактографической системы измерения параметров диффузионного ело жидкости, возникающего на границе раздела двух жидкостей с различным физическими характеристиками. Данная система позволяет определить профил показателя преломления диффузионного слоя по получаемым рефракционны картинам, на основе которого при дальнейшей обработке восстанавливаете профиль концентрации веществ, солености, или исследовать толщин диффузионного слоя жидкости, волновые процессы в плоско-неоднородны средах и визуализировать ЗБ-рефрактограммы.

Аналитическое решение как прямой задачи расчета траектории распространения геометрооптических лучей в оптически плоско-неоднородной среде, так и обратной задачи - восстановления закона распределения показателя преломления среды, требуют разработки алгоритмов соответствующих программ. Для решения прямой задачи необходимо проводить моделирование диффузионного слоя жидкости и исследование распространения в нем оптических лучей. Использование для подобных вычислений широко распространенных универсальных программ расчета оптических систем связано со многими затруднениями, заключающимися в неопределенности методов расчета, и, как следствие, области применимости и погрешности. Решение обратной задачи требует разработки метода сравнения экспериментальных данных с модельными рефракционными картинами.

Таким образом, актуальность приобретает решение задачи распространения оптического излучения в плоско-неоднородной среде, образующейся на границах

раздела двух жидкостей, разработка лазерной рефрактографической системы для диагностики диффузионного слоя жидкости и методов определения градиента показателя преломления диффузионного слоя жидкости по экспериментальным рефракционным картинам, а также создание специализированного программного обеспечения в разрабатываемой лазерной рефрактографической системе.

Цель работы. Основной целью данной работы является создание лазерной рефрактографической системы для определения параметров двухслойных неоднородных сред и выявление особенностей распространения волновых явлений в таких средах, Для этого необходимо было решить следующие задачи:

• Разработать алгоритм и программу моделирования траекторий распространения геометрооптических лучей в плоской оптически неоднородной среде с известным законом распределения показателя преломления. На основе разработанной программы получить двумерные и трехмерные рефракционные картины (2И- и ЗО-рефрактограммы) внутри и за пределами диффузионного слоя жидкости.

• Создать лазерную рефрактографическую систему для определения параметров неоднородных сред: профиля показателя преломления и толщины диффузионного слоя жидкости.

• Разработать методику сравнения расчетных и экспериментальных рефракционных картин и создать на ее основе алгоритм и программу определения профиля показателя преломления диффузионного слоя жидкости.

Научная новизна работы.

• Впервые реализован метод расчета траектории лучей при наличии сильной рефракции, приводящей к появлению каустик и области многолучевости при распространении плоского лазерного пучка внутри диффузионного слоя жидкости.

• На базе разработанной лазерной рефрактографической системы впервые проведено исследование диффузионного слоя в жидкости.

• Впервые рассчитаны 2Б- и ЗБ-рефрактограммы плоского лазерного пучка внутри диффузионного слоя.

• Разработан алгоритм обработки экспериментальных рефракционных картин диффузионного слоя жидкости, позволяющий определить толщину данного слоя.

Основные положения, выносимые на защиту.

• Разработан алгоритм расчета траекторий лучей в диффузионном слое жидкости при наличии каустики, определены оптимальные параметры угла наклона плоского лазерного пучка.

• Созданы алгоритмы моделирования 2Б- и ЗВ-рефрактограмм, которые позволяют получать расчетные картины для различных параметров исследуемой среды и параметров экспериментальной установки.

• Реализован алгоритм обработай экспериментальных рефракционных картин, с помощью которого восстановлен градиент показателя преломления в диффузионном слое жидкости.

• Разработана лазерная рефрактографическая система для исследования параметров диффузионного слоя жидкости.

Практическая ценность работы. Созданы алгоритмы и программы моделирования 2В- и ЗБ-рефрактограмм для различных параметров установки и исследуемой среды. Созданная лазерная рефрактографическая система позволяет определять профиль показателя преломления диффузионного слоя жидкости, рассчитывать профиль солености, проводить диагностику нестационарных сред и выявлять особенности распространения внутренних волн. Разработанная система может быть использована для исследования и других оптически неоднородных сред, возникающих на границах раздела двух веществ с различными физическими характеристиками. Методика обработки полученных изображений может быть использована для оптических методов исследования, использующих цифровые средства регистрации и обработки экспериментальных данных.

Реализация и внедрение результатов работы. Материалы исследования включены в научно-технические отчеты по грантам Минобрнауки (проект ГК №14.740.11.0540, проект ГК №02.740.11.0449 и проект РФФИ № Ю-08-000936-а). Достоверность полученных результатов.

• Математическая модель распределения показателя преломления диффузионного слоя жидкости основана на экспериментальных результатах измерений распределения солености контактными датчиками.

• Моделирование траектории лучей в диффузионном слое жидкости базируется на известных расчетных формулах теории геометрической оптики, т.к. теория переноса оптического излучения здесь не применима из-за наличия каустик.

• Измерения показателя преломления проводились с помощью лабораторного рефрактометра ИРФ-454 Б2М, соленость нижнего слоя воды определялась с помощью прецизионных весов и по формуле связи показателя преломления с соленостью жидкости. Относительная погрешность измерения составила 5%.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях:

• 10-я, 11-я Международные научно-технические конференции «Оптические методы исследования потоков», МЭИ(ТУ), Москва, 2009,2011.

• 14-я, 16-я, 17-я Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ(ТУ), 2008-2011 гг.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе без соавторов - 1 работа. Из них 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 138 машинописных страниц, включая 66 рисунков, 4 таблицы, 57 наименований списка литературы и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор научного направления и актуальность работы. Приведены цель и основные задачи диссертации. Кратко рассмотрены оптические методы исследования оптически неоднородных сред и возможность их применения для решения различных физических задач. Сформулированы

иохтиоп илипопо «оЛлтхт тж плилпича гтлпл^аштя пттттллтти^тта тто >■»отгттттхг

Л.JL**J ¿ЛЛЬЬ'Л ^иии 1«А »-У ХА-П. ЛАЧ^ЛUi'UlWIVfUUMI.V II ^ «

В первой главе проведен краткий обзор научно-технической литературы по существующим оптическим методам диагностики неоднородных сред. Приведены оптические схемы и описания основных классических теневых методов. Показано, что ограничение возможности применения классических теневых методов связано с дороговизной оптических установок и требований точной настройки и юстировки. Высокая чувствительность теневых приборов делает их практически непригодными для диагностики оптически прозрачных неоднородных жидкостей со значительным градиентом показателя преломления.

Рассмотрены принципы и схема установки лазерного рефрактографического метода для исследования градиента показателя преломления оптически неоднородной среды, разработанные на кафедре физики им. В.А. Фабриканта. ННУ «МЭИ». Метод основан на зондировании неоднородной среды плоским лазерным пучком - астигматическим пучком с эллиптическим сечением, размер которого по одной из осей существенно больше, чем по другой. В приближении геометрической оптики такой пучок моделируется лазерной плоскостью.

Схема установки состоит из лазера, оптической системы формирования плоского лазерного пучка, кюветы с исследуемой средой, и диффузно-рассеивающего экрана. Плоский лазерный пучок под определенным углом наклона направляется на исследуемую плоско-неоднородную среду. При распространении пучка Через диффузионный слой жидкости, возникающий на границе двух сред с различными физическими характеристиками, из-за рефракции происходит отклонение отдельных его участков от плоской поверхности, т.е. получается сложная искривленная поверхность. Проекции плоского лазерного пучка на выходе из оптической неоднородности (рефракционные картины, или рефрактограммы)

наблюдаются на экране, регистрируются цифровой фотокамерой и вводятся в компьютер для дальнейшей обработки.

Ранее лазерный рефрактографический метод применялся в основном для визуализации тепловых полей и процессов конвекции жидкости около нагретых тел.

Основными достоинствами лазерного рефрактографического метода для исследования диффузионного слоя жидкости являются: простота и дешевизн» основных элементов установки, высокое пространственное разрешение с возможностью адаптации лазерного излучения для одновременной диагностики процесса в различных областях, визуализация протекающих процессов и получение количественных данных в ходе компьютерной обработки экспериментальных рефрактограмм.

Во второй главе рассмотрена теория рефракции плоского лазерного пучка в диффузионном слое жидкости. Разработан алгоритм моделирования траектории геометрооптических лучей в плоско-слоистой оптически неоднородной среде. Разработанная программа позволяет проводить анализ данной среды при распространении в ней оптического излучения. Из рассмотренных моделей градиента показателя преломления диффузионного слоя жидкости (линейная, синусоидальная, тангенциальная, экспоненциальная) в качестве базовой модели была выбрана экспоненциальная, так как рефрактограммы, построенные на основе этой модели хорошо согласуются с экспериментальными данными. Приведены основные соотношения для расчета траектории геометрооптических лучей в оптически неоднородной плоско-слоистой среде и примеры рассчитанных траекторий. Рассмотрено влияние различных параметров среды на внешний вид рефрактограмм, а именно, угла наклона плоского лазерного пучка, показателя преломления более плотной среды, положения экрана наблюдения, параметра полуширины диффузионного слоя жидкости и др. Построена математическая модель, описывающая гармоническую волну единичного периода в диффузионном слое жидкости. Рассмотрен алгоритм и программа визуализации ЗБ-рефрактограмм, полученных при распространении плоского лазерного пучка в диффузионном слое.

Диффузионный слой жидкости возникает на границе раздела двух сред с различными оптическими характеристиками. Здесь и далее будем рассматривать прозрачные жидкости с различным значением показателя солености. Показатель преломления более плотной жидкости - иь менее плотной - Пг. В качестве жидкости используется дистиллированная вода. Для изменения оптических характеристик воды используется соль.

Рассмотрим более подробно модель диффузионного слоя. Для различных жидкостей моделируется переходный диффузионный слой, который может описываться различными зависимостями показателя преломления от координаты: например, линейной, синусоидальной, тангенциальной или экспоненциальной. В работе выбрана экспоненциальная зависимость, описываемая соотношением

Пл - п,

П(Х) = % + —-fX-ХЛ- (1)

где h - характерная полуширина слоя, х\ - нижняя граница слоя, хг - верхняя граница слоя, xs_- середина слоя.

Границы для экспоненциального слоя определяются по уровню отклонения производной показателя преломления от нуля на значение 10'5 1/м. Выбор границ обусловлен тем, что за их пределами показатель преломления меняется незначительно, и лучи практически не испытывают рефракцию.

На рис. 1 показаны зависимости показателя преломления слоя для различных моделей диффузионного слоя. Пунктирной линией показана также производная показателя преломления и границы хх и хь которые определяют толщину диффузионного слоя жидкости.

Выбор модели градиента показателя преломления диффузионного слоя в дальнейшем осуществлялся на основе полученных экспериментальных результатах. В дальнейших расчетах была выбрана экспоненциальная модель градиента показателя преломления, так как она наиболее близко совпадает с экспериментальной зависимостью.

а - линейная, б - синусоидальная, в - тангенциальная, г - экспоненциальная Рис. 1. Модели показателей преломления слоя П\ = 1,3346, п2 = 1,3320, = 30 мм:

Рефракция одного луча в плоско-слоистом неоднородном слое показана на (рис. 2). Между границами х\ и х2 находится диффузионный слой, показатель преломления которого изменяется по экспоненциальному закону (1). Траектория

луча лежит в плоскости xoz и может быть задана как функция z(x), у - уо= const. Угол 0 - угол, образованный вектором касательной к лучу с осью од;. Очевидно, что угол Э будет изменяться в Рис. 2. Траектория луча в плоско-слоистой среде зависимости от положения точки на траектории луча и зависит от текущей координаты х, т.е. 0 = б(х). На рисунке 2 обозначено 0о = 0(0) - угол входа луча в слой, щ = и(0) - показатель преломления в точке входа луча в слой, L - длина слоя, (г,; х,) - координаты точки поворота, в которой луч разворачивается в противоположную сторону.

Расчет траектории луча в плоско-слоистой среде осуществляется по формуле

г{х) = 4- [

х п0 зт80 Лх

(2)

^¡п2(х) - п^зт2вй

На рисунке 3 показаны траектории лучей, распространяющихся й неоднородной среде с заданными параметрами для трех угов падения пучка: 90° и 92°.

•Л. мн

...: { } •

Л,

50| '

ШТЗШИ {ШОТ

40*;-:

мм

С 100 200 ¿00 *

а) е0 = 88°, б) е0 = 90°, в) 00 = 92° Рис. 3. Траектории лучей в диффузионном слое жидкости п\ - 1,3346, «2= 1,3320, к = 1 мм, х5 = 50 мм:

Пунктирными линиями показаны границы диффузионного слоя. Можно определить, что толщина диффузионного слоя для заданных условий равна 11,2 мм. Лучи, которые идут вне слоя распространяются прямолинейно из-за

однородности среды. При прохождении лучей через диффузионный слой образуется каустика - огибающая лучей, а также зона многолучевости.

Самостоятельный интерес представляет исследование внутренних гармонических волн единичного периода в диффузионном слое. В этих модельных экспериментах основными проблемами является создание

ГТГГ/ЧТ»ТГЛ/»Т»ТТ/\ТТ ^'ГГ»ОТТ*ЛлТЖ'Ь»ОТТТТТХ ттоллотлоитдо Т-Г гТ\ТТТГ\Г»ТТХ. А*» Ч'ЯТЛР Ъ~ТАГ^Т/ГГ*ТТЛ"Ь" И

модельных лабораторных экспериментах создают солевую стратификацию. Уменьшая концентрацию соли по вертикали добиваются необходимого распределения плотности.

В настоящее время методы измерения плотности можно разделить на контактные и дистанционные (оптические). Контактные методы исследования солености (проводимости), температуры жидкости с помощью датчиков позволяют проводить высокоточные измерения в фиксированной точке. Однако для измерения пространственного распределения физических характеристик необходимо использовать большое количество датчиков, либо применять сканирование. Это приводит к сильным возмущениям, вносимым в жидкости.

Полагаясь на основные законы: динамики стратифицированной жидкости, можно считать, что внутренняя волна имеет форму синусоиды единичного периода, т.е. описывается уравнением

х(у) = х0 + А-Б'т(Р у + фа), (3 )

где хо - координата центра среднего значения, А - амплитуда, Р -пространственный период, (ро - начальная фаза.

В расчетах положим х0 = 75 мм, А = 25 мм, Р = 0,0314 рад/мм, <р0 = я/2. Будем считать, что внутренняя волна находится в стационарном состоянии и имеет длину Ь = 300 мм. Так как волна распространяется в неоднородной среде, то необходимо учитывать параметры данной среды «1 = 1,3346, п2 = 1,3320, /г = 2,5 мм. На рис. 4 показана ЗБ модель внутренней волны с синусоидальным профилем, на рис. 5 - рефрактограммы на выходе из неоднородной среды с различным положением центра.

п

Рис. 4. ЗБ модель внутренней Рис.5. Рефрактограммы, наблюдаемые на гармонической волны экране

ЗЭ-рефрактограмма представляет собой трехмерную картину распределений интенсивности плоского лазерного пучка в координатах х,у иг при прохождений плоско-неоднородной среды. Одним из методов исследования оптически-неоднородных сред является визуализация процессов, проходящих в них. ЗО-визуализация рефрактограмм дает качественное наглядное представление о характеристиках исследуемой плоско-неоднородной среды и позволяет оценить

возможности построения экспериментальной установки для проведения эксперимента.

На рис. 6 показана 30-рефрактограмма плоского

" "Г^^ШйИ^^ШШИЯ! •IШ^МИМШи П

лазерного пучка,

150 ^^^-ЩЗ^^^ЩЯ^ййй-и'

распространяющегося в

диффузионном слое жидкости.

Рис. 6. ЗО-рсфрактограмма п\ = 1,362, п2 = 1,332, а = 45°, к - 1 мм, х, = 50 В третьей главе

мм, 80 = 90° проводится описание

созданной лазерной рефрактографической системы для исследования диффузионного слоя жидкости. Приведено детальное описание каждого модуля комплекса: системы формирования плоского лазерного пучка, системы создания диффузионного слоя жидкости, системы регистрации рефракционных картин,

специализированной программы по обработке экспериментальных рефрактограмм. Рассчитаны и описаны основные погрешности измерений.

Лазерный рефрактографический метод диагностики и визуализации исследования оптически неоднородной прозрачной среды реализуется следующим образом;

1. Зондирование среды структурированным лазерным излучением, представляющим собой в простейшем случае узкий осесимметричный пучок, плоский лазерный пучок.

2. Регистрация рефрактограммы, наблюдаемой на матовом экране, цифровым фотоаппаратом или фотокамерой.

3. Обработка полученных рефрактограмм с помощью разработанной программы на персональном компьютере.

Созданная в данной работе лазерная рефрактографическая система (рис. 7) используется для восстановления профиля показателя преломления диффузионного слоя жидкости и его толщины, а также визуализации экспериментальных 2Т>- и ЗБ-рефрактограмм.

1 - полупроводниковый лазер, 2 - оптическое устройство формирования плоского лазерного пучка, 3 - кювета с исследуемой средой, 4 - полупрозрачный экран, 5 - цифровая фотокамера, 6 - персональный компьютер Рис. 7. Схема экспериментальной установки:

4

|

Алгоритм разработанной программы обработки 20-рефрактограмм I восстановления профиля показателя преломления диффузионного слоя жидкост! показан на рис. 8.

Рис. 8. Блок-схема алгоритма программы обработки 2Б-рефрактограмм и восстановления профиля показателя преломления диффузионного слоя жидкости

В четвертой главе приведено применение лазерной рефрактографической

системы для исследования

1 .Т. »1

/ /

[/ Х2

/ / / ■К--- 1

/ / V. ММ

.30

Рис. 9. Восстановление профиля показателя преломления диффузионного слоя

* Ак, мм

каустики плоского лазерного пучка, толщины диффузионного слоя жидкости и визуализации 1П-пеЖпяктпгпямм.

А А X А

На рис. 9 показана экспериментальная, . рефрактограмма (сплошная линия), математическая модель (пунктирная линия),

восстановленный профиль показателя преломления

диффузионного слоя и его границы Х\ и х2-

На рис. 10 представлена полученная в ходе обработки экспериментальных рефрактограмм зависимость толщины диффузионного слоя жидкости от времени.

Из графика (рис. 10) видно, Рис. 10. Зависимость толщины диффузионного что диффузия происходит слоя жидкости от времени достаточно медленно и является

линейной функцией на промежутке времени от 0,5 до 3,5 ч. В конечном итоге жидкости полностью перемешаются, и плоский лазерный пучок на экране будет представлять собой прямую линию, так как градиент показателя преломления в среде полностью исчезнет. ' - ■"■-■:■ -

На рис. 11 показана математическая модель и экспериментальная фотограф« каустики, образующейся при распространении плоского лазерного пучка чере-плоско-слоистую неоднородную среду.

Рис. 11. Математическая модель а) и экспериментальная фотография каустики б)

На рис.12 приведены расчетная а) и экспериментальная б) ЗО-рефрактограммы.

Рис. 12. Расчетная а) и экспериментальная б) ЗБ-рефрактограммы

Таким образом, разработанная лазерная рефрактографическая система позволяет исследовать диффузионный слой жидкости, визуализировать 2Б- и ЗБ-рефрактограммы плоского лазерного пучка внутри и за пределами исследуемой среды, получать количественные данные о распределении показателя преломления в слое.

Б ирплО/пСмНм приведет*! тех с ты программ модсдптрсвиния ЗС~рсфракто1 рамм и обработки 2Б-рефрактограмм с восстановлением профиля показателя преломления диффузионного слоя жидкости.

В заключении кратко сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

• Предложенный алгоритм расчета распространения плоского лазерного пучка в плоско-слоистой неоднородности позволяет проводить моделирование рефракционных картин диффузионного слоя жидкости в геометрооптическом приближении.

• Разработаны алгоритмы и программы моделирования 2Б- и ЗБ-рефрактограмм диффузионного слоя жидкости. Программа позволяет получать рефрактограммы для различных параметров среды и параметров экспериментальной установки.

• Разработан алгоритм и программа моделирования внутренней гармонической волны единичного периода и расчета 2Б-рефрактограмм.

• Приведено описание лазерной рефрактографической системы для исследования каустики плоского лазерного пучка, диффузионного слоя жидкости и визуализации ЗБ-рефрактограмм.

• Предложенный метод получения и обработки экспериментальных рефракционных картин позволяет определить толщину диффузионного слоя жидкости.

• По разработанной методике обработки экспериментальных рефракционных картин проведено восстановление градиента показателя преломления диффузионного слоя жидкости. Достоверность полученных результатов определена на основе сравнения расчетной и' экспериментальной рефракционной картины.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Крикунов A.B., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Рефракцш астигматического лазерного пучка в переходном слое стратифицированно1 жидкости. //Оптика и спектроскопия. -2011, Т.111, №6. С. 1020-1026.

2. Крикунов A.B., Ринкевичюс B.C., Ширинская Е.С. Исследование рефракци плоского лазерного пучка в переходном слое стратифицированной жидкости. //Вестник МЭИ. - 2011, №4. С. 97-102.

3. Нгуен В.Т., Крикунов A.B. Моделирование ЗО-рефрактограмм. // Оптически методы исследования потоков: Тр. 10-й Международной научно-техническо" конференции. / Под ред. Ю.Н. Дубнищева, Б.С. Ринкевичюса. - М. Издательский дом МЭИ. 2009. С.560-563.

4. Крикунов A.B., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Визуализация и построени ЗО-рефрактограмм в объеме жидкости. // Оптические методы исследовани потоков: XI Межд. науч-технич. конференция [Электронный ресурс]: трудь конференции. - Электрон, дан. - М.: МЭИ(ТУ), 2011.-1 электрон, опт. дис (CD-ROM). - Доклад № 1, 9 с.

5. Крикунов A.B. Алгоритм построения траекторий лучей в плоско-слоисто" среде. // Оптические методы исследования потоков: XI Межд. науч-технич. конференция [Электронный ресурс]: труды конференции. - Электрон, дан. М.: МЭИ(ТУ), 2011. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Доклад №141, 8 с.

6. Крикунов A.B., Нгуен В.Т. Компьютерное моделирование рефракционнь картин. // Шестнадцатая международная научно-техническая конференщ студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2010. М.: Т.1. С. 183-184.

7. Крикунов A.B. Исследование диффузионного слоя жидкости лазерны рефрактографическим методом. // Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2011. М.:. Т.1. С. 165-166.

Подписано в печать ••/■ Ib -Al f/ f. Зак. №0 Тир.100 П.л. ■!,.0

Полиграфический центр НИУ МЭИ

Красноказарменная ул., д. 13

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ.12'

1.1 Современные методы диагностики оптически неоднородных сред.

1.2 Теневые методы исследования неоднородных сред.

1.3 Сканирующие методы диагностики градиента показателя преломления

1.4 Лазерные рефрактографические методы.

1.5 Выводы по разделу 1.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОГО РЕФРАКТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ШИРИНЫ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ.

2.1 Теория рефракции плоского лазерного пучка в диффузионном слое жидкости.

2.2 Компьютерное моделирование 2Б-рефрактограмм.

2.2Л Алгоритм расчета траекторий лучей в плоско-неоднородном слое

2.2.2 Расчет плотности световых лучей на экране.

2.2.3 Зависимость вида рефрактограммы от угла наклона плоского лазерного пучка.

2.2.4 Компьютерное моделирование рефрактограмм для различного положения экрана.

2.2.5 Зависимость максимального отклонения плоского лазерного пучка от полуширины диффузионного слоя и показателя преломления нижней жидкости.

2.2.6 Расчет рефрактограмм для уединенных внутренних волн в стратифицированной жидкости.

2.3 Компьютерное моделирование ЗБ-рефрактограмм.

2.3.1 Алгоритм расчета ЗБ-рефрактограмм.

2.3.2 ЗБ-рефрактограммы распространения лазерного пучка внутри исследуемой неоднородной среды.

2.3.4 ЗБ-рефрактограммы для различного угла наклона пучка.

2.3.5 ЗБ-рефрактограммы для различного показателя преломления нижней среды.

2.4 2Б- и ЗБ-рефрактограммы для различных моделей показателя преломления диффузионного слоя.

2.5 Выводы по разделу 2.

3 ЛАЗЕРНАЯ РЕФРАКТОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ.

3.1 Система формирования плоского лазерного пучка.

3.2 Система создания диффузионного слоя жидкости.

3.3 Система регистрации рефракционных картин.

3.4 Цифровая обработка рефрактограмм.

3.5 Анализ погрешностей лазерной рефрактографической системы.

3.6 Выводы по разделу 3.

4 ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОЙ РЕФРАКТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.

4.1 Экспериментальное исследование каустики плоского лазерного пучка.

4.2 Экспериментальное исследование толщины диффузионного слоя.

4.3 Визуализация ЗБ-рефрактограмм диффузионного слоя жидкости.

4.4 Выводы по разделу 4.

В последние годы происходит интенсивное развитие лазерных методов исследования потоков [1], основанных на явлениях рефракции и интерференции [2]. Разработаны и выпускаются лазерные измерительные системы: лазерные доплеровские анемометры, лазерные анемометры по изображениям частиц, рефракционные приборы. Оптические измерения получили широкое распространение в научных исследованиях и промышленности, благодаря многочисленным достоинствам; важнейшими из которых являются отсутствие механических возмущений исследуемой среды, дистанционность и многофункциональность [3]. В связи с этим, лазерные методы диагностики потоков находят активное применение в исследовании полей акустических давлений, температуры, плотности, солености, скорости течения потоков [4-11]. Эти методы позволяют исследовать поле показателя преломления, которое потом пересчитывается в искомое поле другой физической величины.

Благодаря появлению совершенно новых компактных и мощных полупроводниковых лазеров оптического диапазона и дифракционных оптических элементов, позволяющих' получить, структурированное лазерное излучение произвольной формы [6], стало возможным проводить исследования неоднородных сред на более высоком качественном уровне.

Развитие новых методов цифровой регистрации экспериментальных картин позволяет создавать новые способы измерения различных величин, исследуемого вещества. Совместное использование цифровой регистрации оптических изображений и их компьютерной обработки дает возможность сократить затраты труда и времени, а также повысить точность измерений.

Активное развитие компьютерных технологий в области вычислительной техники, а также программного обеспечения, позволило значительно упростить решение обратных задач, требующих значительных трудоемких ресурсов.

В [11] была рассмотрена рефракция бесселева пучка (цилиндрически-структурированного излучения) в сферически неоднородной среде с градиентом температуры. Помимо температурного поля, другим важным фактором, влияющим на показатель преломления жидкой среды, является неравномерная концентрация растворенных в ней веществ.

Исследование диффузионного (переходного) слоя между различными жидкостями необходимо для решения многих задач химии, медицины, пищевой промышленности [8]. Изучение стратифицированных по, плотности потоков -один из важных разделов1 современной- гидрофизики. Исследование' гидрофизических течений в основном базируется на лабораторном моделировании и связано с созданием плотностной стратификации, измерением и контролем ее характеристик [12]. Применение метода лазерной рефрактографии, основанного на зондировании исследуемого объема структурированным лазерным излучением, для диагностики сред требует детального анализа рефракции лазерных пучков в неоднородных средах [13].

Представленная диссертация посвящена разработке лазерной рефрактографической системы измерения параметров диффузионного слоя жидкости, возникающего на границе раздела двух жидкостей с различными физическими характеристиками. Данная система позволяет определить профиль показателя преломления диффузионного слоя по получаемым рефракционным картинам, на основе которого при дальнейшей обработке восстанавливается профиль концентрации веществ, солености, или исследовать толщину диффузионного слоя жидкости, волновые процессы в плосконеоднородных средах и визуализировать ЗБ-рефрактограммы [14].

Принцип действия лазерного рефрактографического метода состоит в следующем. Исследуется рефракция плоского лазерного пучка в оптически неоднородной стратифицированной жидкости, которая экспериментально моделируется с помощью водно-солевого раствора с изменением концентрации сахара или соли. Такой способ создания неоднородного переходного слоя является легко реализуемым на практике, широко используется при лабораторном моделировании различных гидрофизических явлений. Например, среда, состоящая из двух слоев: нижний - солевой раствор, верхний - чистая вода. На их границе наблюдается переходный слой, в котором показатель преломления плавно изменяется от большего-значения в соленой воде (более плотной среде) к меньшему значению в чистой. В ряде случаев необходимо исследовать изменение концентрации' вещества в переходном слое между раствором и растворителем (или между двумя растворами одного и того же вещества при различных концентрациях). При ' этом устанавливается первоначально резкая граница между двумя- средами, которая размывается с течением времени. Если необходимо исследовать- слой, не вмешиваясь в процесс диффузии (то есть не отбирая проб), регистрацию1 изменения концентрации в направлении диффузии целесообразно проводить оптическими методами. Таким образом, при известной зависимости показателя преломления раствора от концентрации растворенного вещества в жидкости, задача измерения градиента концентрации может быть.сведена к измерению градиента показателя преломления, что и осуществлено в данном исследовании.

Плоский лазерный пучок, представляет собой излучение полупроводникового лазера, прошедшее через систему цилиндрических и сферических линз. На выходе данной системы получено излучение в виде лазерной плоскости, представляющей собой набор лучей, идущих параллельно друг другу. Данное структурированное излучение проходит через исследуемую неоднородную среду, и на выходе из среды можно наблюдать ТО- или ЗБ-рефрактограмму, которая регистрируется с помощью цифровой фотокамеры и обрабатывается в программе на персональном компьютере. Полученная, обработанная картина сравнивается с моделируемой с помощью метода минимизации среднеквадратического отклонения. Для этого была разработанная программа моделирования рефрактограмм [15], а также программа их сравнения с экспериментальными картинами. В результате был восстановлен профиль показателя преломления диффузионного слоя жидкости и определены его параметры [16].

Аналитическое решение как прямой задачи расчета траектории распространения геометрооптических лучей в оптически плоско-неоднородной среде, так и обратной задачи - восстановления закона распределения показателя преломления среды, требуют разработки алгоритмов соответствующих программ. Для решения прямой задачи необходимо проводить моделирование диффузионного слоя жидкости и исследование распространения в. нем-- оптических лучей. Использование для подобных вычислений широко распространенных универсальных программ расчета оптических систем связано со многими затруднениями, заключающимися! в неопределенности методов расчета, и, как следствие, области применимости1 и погрешности. Решение обратной задачи требует разработки метода сравнения» экспериментальных данных с модельными рефракционными картинами.

Таким образом, актуальность приобретает решение задачи распространения оптического излучения в плоско-неоднородной среде, образующейся на границах раздела двух жидкостей, разработка лазерной рефрактографической системы для. диагностики диффузионного слоя «жидкости, и методов определения градиента показателя преломления диффузионного слоя жидкости по экспериментальным рефракционным картинам, а также создание специализированного программного обеспечения в разрабатываемой лазерной рефрактографической системе.

Цель работы. Основной целью данной работы является создание лазерной рефрактографической системы для определения- параметров двухслойных неоднородных сред и выявление особенностей распространения волновых явлений в таких средах. Для этого необходимо было решить следующие задачи: • Разработать алгоритм и программу моделирования траекторий распространения геометрооптических лучей в плоской оптически неоднородной среде с известным законом распределения показателя. преломления. На основе разработанной программы получить двумерные и трехмерные рефракционные картины (2Б- и ЗБ-рефрактограммы) внутри и за пределами диффузионного слоя жидкости.

• Создать лазерную рефрактографическую систему для определения параметров неоднородных сред: профиля показателя преломления и толщины диффузионного слоя жидкости.

• Разработать методику сравнения расчетных и- экспериментальных* рефракционных картин и создать на ее основе алгоритм- и программу определения профиля^ показателя- преломления диффузионного' слоя, жидкости.

Научная новизна работы;

• Впервые реализован метод расчета траектории лучей при наличии сильной рефракции, приводящей к появлению каустик и области многолучевости при распространении плоского лазерного пучка внутри диффузионного слоя жидкости.

• На базе разработанной лазерной рефрактографической системы впервые проведено исследование-диффузионного слоя-в жидкости;

• Впервые рассчитаны 2D- и ЗБ-рефрактограммы плоского лазерного пучка1 внутри диффузионного слоя.

• Разработан алгоритм обработки экспериментальных рефракционных картин диффузионного слоя жидкости, позволяющий определить толщину данного слоя.

Основные положения, выносимые на защиту.

• Разработан алгоритм расчета траекторий лучей в диффузионном слое жидкости при наличии каустики, определены оптимальные параметры угла наклона плоского лазерного пучка.

• Созданы алгоритмы моделирования 2Т>- и ЗБ-рефрактограмм, которые позволяют получать расчетные картины для различных параметров исследуемой среды и параметров экспериментальной.установки.

• Реализован алгоритм обработки экспериментальных рефракционных картин, с помощью которого восстановлен градиент показателя преломления в диффузионном слое жидкости.

• Разработана лазерная рефрактографическая система для исследования параметров диффузионного слоя жидкости.

Практическая ценность работы. Созданы алгоритмы и программы^ моделирования IV- и ЗВ-рефрактограмм для различных параметров установки и исследуемой- среды. Созданная лазерная рефрактографическая* система, позволяет определять профиль показателя преломления диффузионного слоя жидкости, рассчитывать профиль, солености, проводить диагностику нестационарных сред и выявлять особенности- распространения внутренних волн. Разработанная система может быть использована для исследования и других оптически неоднородных сред, возникающих на границах раздела двух веществ с различными физическими характеристиками. Методика обработки полученных изображений может быть использована для оптических методов исследования, использующих цифровые средства регистрации и обработки экспериментальных данных.

Реализация и внедрение результатов работы. Материалы исследования включены в научно-технические отчеты по грантам Минобрнауки (проект ГК №14.740.11.0540, проект ГК №02.740.11.0449 и проект РФФИ № 10-08-000936-а).

Достоверность полученных результатов.

• Математическая модель распределения показателя преломления' диффузионного слоя жидкости основана на экспериментальных результатах измерений распределения солености [54].

• Моделирование траектории лучей в диффузионном слое жидкости базируется на известных расчетных формулах теории геометрической оптики, т.к. теория переноса оптического излучения здесь не применима из-за наличия каустик.

• Измерения показателя преломления проводились с помощью лабораторного рефрактометра ИРФ-454 Б2М, соленость нижнего слоя воды определялась с помощью прецизионных весов и по формуле связи показателя преломления с соленостью жидкости. Относительная погрешность измерения составила 5%.

Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на следующих конференциях:

• 10-я, 11-я Международные научно-технические конференции «Оптические методы исследования потоков», МЭИ(ТУ), Москва, 2009, 2011.

• 14-я, 16-я, 17-я Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ(ТУ), 2008-2011 гг.

Публикации. Основные материалы диссертации- опубликованы в 7 печатных работах, в том числе без соавторов - 1 работа. Из них 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 138 машинописных страниц, включая 66 рисунков, 4 таблицы, 57 наименований списка литературы и 2 приложения.

4.4 Выводы по разделу 4

1. Проведенное экспериментальное исследование каустики плоского лазерного пучка, распространяющегося внутри плоско-неоднородной среды, показало возможность цифровой регистрации ЗБ-рефрактограммы внутри исследуемой среды. Компьютерное моделирование каустики позволяет проводить сравнительный анализ экспериментальных и расчетных картин.

2. Экспериментально исследована толщина диффузионного слоя жидкости лазерным рефрактографическим методом. Получена зависимость толщины диффузионного слоя жидкости от времени. Частичное несовпадение расчетных и экспериментальных рефрактограмм, может быть, связано с изменением модели показателя преломления диффузионного слоя жидкости со временем.

3. Предложена цифровая регистрация ЗБ-рефрактограмм диффузионного слоя жидкости в кювете, расположенной за исследуемой кюветой. Совпадение расчетных и экспериментальных рефрактограмм находится в удовлетворительном согласии в пределах методической погрешности обработки данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведен детальный анализ различных устройств, применяемых в градиентной рефрактометрии, за последние 30 лет. Более подробно рассмотрены теневые приборы, сканирующие устройства и лазерные рефрактографические методы.

Выявлено, что в классических теневых методах преимущественно используются некогерентные источники света и широкие практически, однородные- пучки. Эти методы, в основном; используются для исследования газовых сред с малым градиентом показателя преломления, где углы отклонения лучей света составляют от десятков секунд до минут. Конструкция данных приборов очень громоздкая и дорогостоящая.

Сканирующие методы используют узкие лазерные или коллимирующие некогерентные пучки. Вследствие рефракции пучка можно восстановить только интегральное значение показателя преломления. Данный метод является количественным, но обладает недостаточным пространственным разрешением и скоростью обработки данных.

Лазерные рефрактографические методы' используют регулярно структурированное когерентное излучение, формируемое на основе специальных оптических элементов непосредственно на выходе источника излучения, что позволяет сохранить высокую когерентность и малую расходимость пучков. Высокая интенсивность излучения позволяет наблюдение в рассеянном свете ЗО-рефрактограмм, то есть поверхностей, образованных рефрагирующими геометрооптическими лучами.

Разработанный метод лазерной рефрактографии до начала работы над диссертацией в основном применялся для визуализации тепловых полей и процессов конвекции жидкости около нагретых тел. В данной работе разработан метод лазерной рефрактографии для диагностики диффузионного слоя жидкости.

Разработанная методика расчета рефракции плоского лазерного пучка в диффузионном слое жидкости позволяет рассчитывать траектории лучей для различных параметров самой среды.

Из рассмотренных моделей градиента показателя преломления диффузионного слоя жидкости (линейная, синусоидальная, гиперболический^ тангенс, экспоненциальная) в качестве базовой модели была выбрана экспоненциальная, так как рефрактограммы, построенные на основе этой модели хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Разработанный алгоритм и> программа построения траекторий лучей, распространяющихся в плоско-неоднородной среде, позволяет проводить анализ неоднородных сред* при распространении в них оптического излучения. Алгоритм расчета траекторий лучей выявил наличие особых точек, в которых луч меняет траекторию распространения в противоположную сторону. Данное явление наблюдается при углах падения, 0 > 90°.

Разработанные алгоритм и программа моделирования 2D- и 3D-рефрактограмм- позволяют проводить количественный и качественный анализ экспериментальных результатов исследования плоско-неоднородных сред с различным распределением градиента показателя преломления в них.

Проведен анализ угла наклона плоского- лазерного пучка, зависимости максимального отклонения пучка от характеристик сред и положения экрана наблюдения, что позволило определить оптимальные условия для, проведения эксперимента и построения лазерной рефрактографической системы диагностики диффузионного слоя жидкости.

Построена математическая модель, описывающая уединенную внутреннюю волну в неоднородном слое жидкости. . При исследовании волновых процессов в неоднородном слое необходимо выбирать угол наклона плоского лазерного пучка больше, чем угол наклона центральной восходящей оси волны.

Используемая в работе система формирования плоского лазерного пучка позволяет получать широкий и тонкий лазерный пучок, мощность которого достаточна для получение четких и контрастных рефрактограмм. Плоский лазерный пучок имеет ширину 52 мм, угол наклона которого можно задавать произвольно.

Рассмотрена система создания диффузионного- слоя жидкости, образующегося на границе раздела' двух сред с различными оптическими, характеристиками. Приведена методика' определения* показателя преломления сред, используемых для создания слоя.,

Разработан алгоритм и программа, позволяющая проводить анализ экспериментальных рефрактограмм, на основе сравнения-их с математическими, моделями. Данная программа позволяет восстанавливать градиент показателя преломления диффузионного слоя и определять его толщину.

Рассмотрены, основные виды погрешностей, возникающих при, использовании лазерной рефрактографической системы. Наибольший вклад в погрешность измерения профиля'показателя преломления вносит погрешность юстировки основных элементов измерительной, системы. При статистической обработке экспериментальных картин их совпадение с математической* моделью по методу минимизации среднеквадратичного отклонения не превышает 1,2 мм.

Проведенное экспериментальное исследование каустики^ плоского лазерного пучка, распространяющегося внутри плоско-неоднородной среды, показало возможность цифровой регистрации ЗБ-рефрактограммы внутри исследуемой среды. Компьютерное моделирование каустики позволяет проводить сравнительный анализ экспериментальных и расчетных картин.

Экспериментально исследована толщина диффузионного слоя жидкости лазерным рефрактографическим методом. Получена зависимость толщины диффузионного слоя жидкости от времени. Частичное несовпадение расчетных и экспериментальных рефрактограмм, может быть, связано с изменением модели показателя преломления диффузионного слоя жидкости со временем.

Предложена цифровая регистрация ЗО-рефрактограмм диффузионного слоя жидкости в кювете, расположенной за исследуемой кюветой. Совпадение расчетных и экспериментальных рефрактограмм находится в удовлетворительном согласии в пределах методической погрешности обработки данных.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор работы выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору кафедры физики имени В.А. Фабриканта МЭИ(ТУ) Ринкевичюсу Бронюсу Симовичу за неоценимую помощь в процессе работы над диссертацией и чуткое руководство.

Автор благодарен:

• старшему научному сотруднику Расковской И.Л. за постоянный интерес К' основным результатам работы и своевременные замечания при проведении расчетов и написании научных статей;

• ведущему научному сотруднику Толкачеву A.B. за профессиональную помощь при проведении экспериментальных исследований и обсуждение полученных результатов;

• аспиранту Павлову И.Н. за активное участие, помощь в проведении экспериментальных исследований и ценные советы;

• магистру Ширинской Е.С. в разработке программ моделирования траекторий лучей и обработки экспериментальных рефрактограмм;

• студентке Костанян A.B. за помощь в оформлении диссертационной работы, презентаций и графических материалов;

• всем сотрудникам кафедры физики имени В.А. Фабриканта, которые способствовали получению практических результатов в ходе выполнения работы и важные замечания.

1. Евтихиев H.H., Евтихиева O.A., Компанец И.Н. и др. Информационная оптика М.: Издательство МЭИ, 2000. 612 с.

2. Евтихиева O.A., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Лазерная рефрактография. / Под. ред. Ринкевичюса Б.С. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 176 с. + 24 цветных вклейки.

3. Дубнищев Ю.Н. и др. Оптические методы исследования потоков. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во; 2003. 418 с.

4. Евтихиева O.A. Рефракция лазерной плоскости в сферически неоднородном тепловом пограничном слое: // Измерительная техника. — 2006, №5. С. 35-39.

5. Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С., Толкачев A.B. Лазерная рефрактография оптически неоднородных сред. // Квантовая электроника, 2007. Т.37. № 12. G.1176 1180.

6. Евтихиева O.A., Ринкевичюс Б.С., Толкачев A.B. Визуализация нестационарной конвекции в жидкости около нагретых тел с помощью структурированного лазерного излучения. // Вестник МЭИ, 2007. №1. С. 65 — 75.

7. Расковская. И.Л., Ринкевичюс Б.С., Толкачев A.B. Диагностика конвективных процессов в пограничном слое жидкости методом лазерной рефрактографии. // Инженерно-физический журнал. 2010. Т.83. № 6. С.1149 -1156.

8. Расковская И.Л., Сергеев Д.А., Ширинская Е.С. Диагностика профиля солености в переходном слое жидкости методом лазерной рефрактографии. //Измер. техн., 2010. №10. С. 36 38.

9. Rinkevichyus B.S., Raskovskaya I.L., Tolkachev A.V. 3D-laser refractography. // In Book of abstracts. "18th International Conference on Advanced Laser Technologies". 11-16 September 2010. Radboud University Nijmegen. The Nederlands. P. 135.

10. Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С., Толкачев A.B., Ширинская Е.С. Рефракция цилиндрического лазерного пучка в температурном пограничном слое. // Оптика и:спектроскопия. 2009.' Т. 106. №6. С. 1001 1007.

11. Крикунов A.B., Ринкевичюс Б.С., Ширинская Е.С. Исследование рефракции плоского лазерного пучка в переходном слое стратифицированной жидкости. // Вестник МЭИ. 2011, №4. С 97-102.

12. Крикунов A.B., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Рефракция астигматического лазерного пучка в переходном слое стратифицированной жидкости. // Оптика и спектроскопия. 2011, Т. 111, №6. С.-1020-1026.

13. Крикунов A.B., Нгуен В.Т. Компьютерное моделирование рефракционных картин. // Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника- и энергетика». 2010. Ml: Т. 1. С. 183-184.

14. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков. М.: МЭИ, 1990. — 288 с.

15. Евтихиева О.А. Многоканальный лазерный рефрактометр для измерения нестационарных градиентов показателя преломления. Авт. дисс. канд. тех. наук. М.: МИГАиК, 1980. - 19 с.

16. Белозеров А.Ф. Оптические методы визуализации газовых потоков. — Казань, 2007 г. 748 с.

17. Васильев JT.A. Теневые методы. -М.: Наука, 1968. 400 с.

18. А.С. №881571. Устройство для измерения градиента коэффициента преломления прозрачных сред. Приоритет от 15.11.81.Чашечкин Ю.Д., Попов В.А.

19. А.С. №1226195. Устройство для измерения градиента показателя преломления. Приоритет от 23.04.86. Гуменник Е. В., Евтихиева О. А., Ринкевичюс Б. С.

20. А.С. №1608507. Способ измерения градиента показателя преломления прозрачных объектов. Приоритет от 29.07.88. Ушенко А. Г., Ермоленко С. Б.

21. А.С. №1770847. Устройство для измерения распределения показателя преломления. Приоритет от 31.05.90. Гуменник Е. В.

22. А.С. №1636736. Способ измерения поля градиента показателя преломления. Приоритет от 23.03.91. Гуменник Е. В.

23. А.С. №5153666. Metod and apparatus for detecting concentration gradients. Приоритет от 06.10.92. Janusz В. Pawliszyn.

24. А.С. №4547071. Metod and apparatus for measuring density gradient. Приоритет от 15.10.85. Teitelbaum Heshel.

25. A.C. №19733. Устройство для измерения градиента показателя преломления. Приоритет от 15.12.06. Билынский И. И.

26. Евтихиева О.А., Имшенецкий А.И., Ринкевичюс Б.С., Толкачев А.В. Компьютерно-лазерный рефракционный метод исследования оптически неоднородных потоков. // Измерительная техника. 2004, №6. С.15 — 19.

27. Лапицкий K.M. Разработка методов расчета и обработки рефракционных картин в лазерной системе визуализации тепловых полей. Дис. канд. техн. наук. -М.: МЭИ(ТУ), 2009, 161 с.

28. Нгуен В.Т. Расчет освещенности экрана астигматическим пучком при распространении его в неоднородной среде. Авт. дисс. канд. тех. наук. — М.: МЭИ(ТУ), 2009. 19 с.

29. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. -М.: Наука, 1980: 304 с.

30. Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и-рассеяние волн. Т.2. Изд-во Мир, М.: 1978.

31. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. — М.: Мир, 1973. 240 с.

32. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копчёнова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: Учеб. пособие. —М.: Высш. шк., 1994. — 544 с.

33. Океанология. Физика океана. Т.1. Гидрофизика океана. Т.2. Гидрофизика океана. / Под редакцией В. М. Каменковича, А. С. Монина. М.: Наука, 1978. Т.1.-371 е.,Т.2.-452 с.

34. Дружинин O.A., Сергеев Д.А., Троицкая Ю.И. Лабораторное и численное моделированиетечения в дальнем следе в стратифицированной жидкости. // Изв. РАН. ФА0.2006, Т.42. №5. С. 1-18.

35. Методы гидрофизических исследований. Волны и вихри. / ИПФ АН СССР. Горький, 1987.

36. Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. М.: «Наука», 1979, 328 с.

37. Нгуен В.Т., Крикунов А.В. Моделирование ЗБ-рефрактограмм. // Оптические методы исследования потоков:,Тр. 10-й Международной научно-технической конференции./ Под ред. Ю.Н. Дубнищева, Б.С. Ринкевичюса. М.: Издательский дом МЭИ. 2009. С.560-563.

38. Образовательный математический сайт Электронный ресурс. TSI — Режим доступа: http://www.exponenta.ru.

39. Grant. Goettingen, Germany: German Aerospace Center (DLR), 2006. — P. 24.

40. Руководство по эксплуатации. Рефрактометр ИРФ-454 Б2М Г.34.15.051 РЭ.

41. Refraction index database Электронный ресурс. TSI — Режим доступа: http ://www.refractiveindex. info.

42. Методы компьютерной обработки изображений. Под ред. В.А.Сойфера. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 784 с.

43. European Patent Office Электронный ресурс. TSI — Режим доступа: http://www.worldwide.espacenet.com.

44. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Корнышева С.В., Зюзев Г.Н., Людомирский М.Б., Павлов П.А., Филатов Ю.В. Измерение показателя преломления нагониометре в динамическом режиме. // Оптический журнал. 2005. Т. 72. № 12. С. 53-58.

45. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Сухоруков К.А. Итерационный метод улучшения качества реконструкции трехмерной поверхности. // Оптика и спектроскопия. 2005. Т. 99. № 6. С. 1052-1055.

46. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Лощилов К.Е., Сухоруков К.А. Фурье-синтез трехмерной поверхности по методу многоракурсной'проекции полос. // Оптика и спектроскопия. 2005. Т. 99. № 4: С. 680-684.

47. Vishnyakov G.N., Kornysheva S.V. Provision-of measurement uniformity in refractometry of solids, liquids and gases. // Measurement Techniques. 2005. T. 48. № ll.C. 1099-1102.

48. Вишняков Г.Н., Левина Э.Ю., Филонов A.C. Метрологическое обеспечение офтальмологических авторефрактометров: // Измерительная техника. 2008. № 11. С. 66-69.

49. Дружинин O.A., Сергеев Д.А., Троицкая ЮЛЖ Лабораторное и численное моделирование течения в дальнем следе* в стратифицированной жидкости. //Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. №5. С. 1-18.

50. Фрост * В.А., Бояринцев В.И., Емельянов В.М., Каминский В.А., Рабинович А.Б. Совершенствование методов расчета химических процессов в условиях турбулентных потоков. // Информационный бюллетень РФФИ. 1995. Т. 3. № 1.'С. 347.

51. Полежаев В.И., Горбунов A.A., Емельянов В.М., Мякшина М.Н., Соболева Е.Б. Конвективные и волновые процессы в околокритических средах в условиях микрогравитации. // Информационный бюллетень РФФИ. 1997. Т. 5. № 1.С. 44.

52. Емельянов В.М., Горбунов A.A., Леднев А.К., Никитин С.А. Особенности теплопереноса в сверхкритическом флюиде: результаты математического и физического моделирования. // Сверхкритические флюиды: Теория и практика. 2009. Т. 4. №2. С. 71-84.