RU207039U1

RU207039U1 - DEVICE FOR OBSERVING THE EFFECT OF TALBOT ON SURFACE WAVES OF A LIQUID

Info

Publication number: RU207039U1
Application number: RU2020137039U
Authority: RU
Inventors: Варвара Федоровна Шеремет; Екатерина Вадимовна Агафонова; Борис Георгиевич Скуйбин; Ирина Вадимовна Москвина; Максим Сергеевич Рябоконь; Алексей Павлович Титов; Андрей Николаевич Морозов
Original assignee: Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана"
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Заявленное техническое решение относится к устройствам для исследования механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний, в частности, для создания колебаний и наблюдения волн на поверхности жидкости.Устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости содержит кювету, заполняемую жидкостью, систему стержней, состоящую из рамки с отверстиями и стержней, проходящих через эти отверстия, соленоид, закрепленный на рамке системы стержней, МОП-транзистор, микроконтроллер, камеру, блок питания с выключателем, блок памяти, и устройство приема-передачи; при этом микроконтроллер обеспечивает синхронизацию частоты колебаний стержней и частоты кадров камеры.Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в том, что конструкция заявленного устройства обеспечивает возможность получения интерференционной картины высокой точности, не требующей дополнительной обработки, без дополнительной калибровки устройства.The claimed technical solution relates to devices for studying mechanical vibrations or ultrasonic, acoustic or infrasonic vibrations, in particular, for creating vibrations and observing waves on the surface of a liquid. A device for observing the Talbot effect on surface waves of a liquid contains a cell filled with a liquid, a system of rods consisting of from a frame with holes and rods passing through these holes, a solenoid fixed on the frame of the rod system, a MOS transistor, a microcontroller, a camera, a power supply unit with a switch, a memory unit, and a receiving and transmitting device; the microcontroller provides synchronization of the oscillation frequency of the rods and the frame rate of the camera. The technical result achieved with the use of the utility model is that the design of the claimed device provides the possibility of obtaining a high-precision interference pattern that does not require additional processing, without additional calibration of the device.

Description

Область техникиTechnology area

Заявленное техническое решение относится к устройствам для исследования механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний, в частности, для создания колебаний и наблюдения волн на поверхности жидкости.The claimed technical solution relates to devices for studying mechanical vibrations or ultrasonic, sound or infrasonic vibrations, in particular, for creating vibrations and observing waves on the surface of a liquid.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известно устройство для изучения волновых процессов (патент SU 1760537 А1 «Устройство для изучения волновых процессов на поверхности воды» авторов Трохимчук К.И., Калабский В.П., Симчук А.В.), где описано техническое решение для наблюдения волн на поверхности жидкости, однако оно не содержит устройство для возбуждения волн, и не дает возможности наблюдения картины ковра Тальбота.A device for studying wave processes is known from the prior art (patent SU 1760537 A1 "A device for studying wave processes on the water surface" authors Trokhimchuk K.I., Kalabsky V.P., Simchuk A.V.), which describes a technical solution for observation waves on the surface of the liquid, however, it does not contain a device for generating waves, and does not allow the observation of the Talbot carpet pattern.

Также известно устройство для изучения эффекта Тальбота на поверхности воды в статье "Observation of the Talbot effect with water waves" авторов Alexandra Bakman and Shmuel Fishman, Mathias Fink and Emmanuel Fort, Sander Wildeman. В этой статье волны на поверхности жидкости создаются при помощи источника плоских волн - горизонтально колеблющейся лопатки, охватывающей ширину контейнера с жидкостью. Сформированные волны наталкиваются на решетку, расположенную параллельно их фронтам. Затем производится корректировка полученных камерой снимков посредством компьютерной обработки. Недостатком данного технического решения является то, что полученная интерференционная картина требует компьютерной обработки. При этом получение "ковра" Тальбота технически сложно осуществимо, поскольку необходимо с высокой точностью до десятых долей миллиметра обеспечить параллельность фронта падающей волны и плоскости решетки.A device for studying the Talbot effect on water surface is also known in the article "Observation of the Talbot effect with water waves" by Alexandra Bakman and Shmuel Fishman, Mathias Fink and Emmanuel Fort, Sander Wildeman. In this article, waves on the surface of a liquid are created using a plane wave source - a horizontally oscillating blade that spans the width of the liquid container. The generated waves collide with a grating parallel to their fronts. Then, the images received by the camera are corrected by means of computer processing. The disadvantage of this technical solution is that the resulting interference pattern requires computer processing. At the same time, it is technically difficult to obtain a Talbot "carpet", since it is necessary to ensure the parallelism of the incident wave front and the grating plane with a high accuracy up to tenths of a millimeter.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИESSENCE OF THE USEFUL MODEL

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в получении более точного изображения ковра "Тальбота", не требующего последующей обработки, с одновременным обеспечением простоты воспроизводимости параметров установки.The problem to be solved by this technical solution is to obtain a more accurate image of the Talbot carpet, which does not require further processing, while ensuring the simplicity of the reproducibility of the installation parameters.

Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в том, что конструкция заявленного устройства обеспечивает возможность получения интерференционной картины высокой точности, не требующей дополнительной обработки, без дополнительной калибровки устройства.The technical result achieved when using the utility model is that the design of the claimed device makes it possible to obtain an interference pattern of high accuracy that does not require additional processing, without additional calibration of the device.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости, которое содержит кювету, заполняемую жидкостью, систему стержней, состоящую из рамки с отверстиями и стержней, проходящих через эти отверстия, соленоид, закрепленный на рамке системы стержней, МОП-транзистор, микроконтроллер, камеру, блок питания с выключателем, блок памяти, и устройство приема-передачи; при этом микроконтроллер обеспечивает синхронизацию частоты колебаний стержней и частоты кадров камеры.To solve the problem and achieve the claimed technical result, a device is proposed for observing the Talbot effect on surface waves of a liquid, which contains a cuvette filled with liquid, a system of rods consisting of a frame with holes and rods passing through these holes, a solenoid fixed on the frame of the system of rods , MOS transistor, microcontroller, camera, power supply unit with switch, memory unit, and receiving and transmitting device; in this case, the microcontroller provides synchronization of the oscillation frequency of the rods and the frame rate of the camera.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Полезная модель поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания полезной модели специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема полезной модели. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.The utility model is illustrated by drawings. The drawings are presented in a volume sufficient for the understanding of the utility model by specialists, and in no way limit the scope of the utility model. In the drawings, like elements are designated with like reference numbers.

На фиг. 1. представлен чертеж технического решения.FIG. 1.presented a drawing of the technical solution.

ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИUTILITY MODEL IMPLEMENTATION DESCRIPTION

Как показано на фиг. 1 устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости содержит кювету 1, для наблюдения эффекта, заполняемую жидкостью.As shown in FIG. 1 device for observing the Talbot effect on surface waves of a liquid contains a cuvette 1 for observing the effect, filled with a liquid.

К кювете 1 прикреплена система стержней, представляющая собой рамку 2 с отверстиями, через которые проходят стержни 3, приводимые в движение с соленоидом 4, закрепленном на рамке 2. Соленоид 4 обеспечивает движение стержней 3 в вертикальном направлении таким образом, что в течение части периода колебаний концевые участки стержней 3 находятся в жидкости, а в оставшейся части периода колебаний концевые участки стержней 3 находятся над уровнем жидкости. Таким образом, когда концевые участки стержней 3 погружаются в жидкость, создается колебание на поверхности жидкости. При этом стержни 3 равноудалены друг от друга, а их количество и расстояние между ними зависят от размеров используемой кюветы 1, потребностей пользователя в достижение интересующей его широты «ковра» Тальбота и необходимой длины создаваемой волны.A system of rods is attached to the cuvette 1, which is a frame 2 with holes through which the rods 3 pass, driven with a solenoid 4 fixed on the frame 2. Solenoid 4 provides the movement of the rods 3 in the vertical direction in such a way that during a part of the oscillation period the end portions of the rods 3 are in the liquid, and in the remainder of the oscillation period, the end portions of the rods 3 are above the liquid level. Thus, when the end portions of the rods 3 are immersed in the liquid, an oscillation is created on the surface of the liquid. In this case, the rods 3 are equidistant from each other, and their number and distance between them depend on the dimensions of the cuvette 1 used, the user's needs to achieve the Talbot's “carpet” of interest and the required wavelength of the generated wave.

Соленоид 4 подключен к МОП-транзистору 5, который управляется микроконтроллером 6, таким образом, что можно регулировать частоту колебаний стержней 3, посредством подачи периодического электрического сигнала от микроконтроллера на управляющий контакт МОП-транзистора 5, для замыкания и размыкания его контактов.Solenoid 4 is connected to the MOS transistor 5, which is controlled by the microcontroller 6, so that the oscillation frequency of the rods 3 can be adjusted by supplying a periodic electrical signal from the microcontroller to the control contact of the MOS transistor 5 to close and open its contacts.

Для съемки полученной интерференционной картины на поверхностных волнах жидкости используется камера 7, управляемая микроконтроллером 1 таким образом, что частота кадров, создаваемых камерой 7, совпадает с частотой колебаний системы стержней 3.To shoot the obtained interference pattern on surface waves of liquid, camera 7 is used, controlled by microcontroller 1 in such a way that the frequency of frames created by camera 7 coincides with the vibration frequency of the system of rods 3.

При этом устройство для наблюдения эффекта Тальбота на поверхностных волнах жидкости содержит блок питания 8 с выключателем 9, блок памяти 10 и устройство приема передачи 11. Блок питания 8 с выключателем 9 может обеспечивать работу устройства от сети постоянного тока. Посредством устройства приема-передачи 11 полученные камерой 7 снимки могут быть переданы на ПК и другие внешние устройства.The device for observing the Talbot effect on surface waves of a liquid contains a power supply unit 8 with a switch 9, a memory unit 10 and a transmission receiving device 11. A power supply unit 8 with a switch 9 can provide operation of the device from a direct current network. Through the device 11 received by the camera 7 pictures can be transferred to a PC and other external devices.

Принцип действия устройства состоит в том, что сигнал, поданный с помощью микроконтроллера 6, передается посредством МОП-транзистора 5 на соленоид 4, закрепленный на рамке 2, который приводит в движение стержни 3, создающие «ковер» Тальбота на поверхностных волнах жидкости в кювете 1, при этом камера 7 фиксирует изображение «ковра» Тальбота, которое передается на блок памяти 10.The principle of operation of the device is that the signal supplied by the microcontroller 6 is transmitted by means of the MOS transistor 5 to the solenoid 4, fixed on the frame 2, which drives the rods 3, creating a Talbot "carpet" on the surface waves of the liquid in the cell 1 , while the camera 7 captures the image of Talbot's "carpet", which is transmitted to the memory unit 10.

Достоинством предлагаемого технического решения является получение интерференционной картины высокой точности за счет синхронизации частоты колебаний и частоты кадров камеры через микроконтроллер. А также простота сборки установки, за счет отсутствия решетки для создания картины и необходимости в ее калибровке. Более того, с помощью микроконтроллера легко изменять частоту колебаний, что является важным фактором изучения эффекта при различных условиях. При этом в предлагаемом техническом решении не требуется дополнительная обработка полученного "ковра" Тальбота.The advantage of the proposed technical solution is to obtain a high-precision interference pattern by synchronizing the oscillation frequency and frame rate of the camera through a microcontroller. And also the simplicity of assembling the installation, due to the absence of a grid for creating a picture and the need for its calibration. Moreover, with the help of a microcontroller, it is easy to change the oscillation frequency, which is an important factor in studying the effect under various conditions. In this case, the proposed technical solution does not require additional processing of the resulting Talbot "carpet".

Claims

A device for observing the Talbot effect on surface waves of a liquid contains a cuvette filled with a liquid, a system of rods consisting of a frame with holes and rods passing through these holes, a solenoid fixed on the frame of the rod system that drives the rods in a vertical direction, a MOS transistor , microcontroller, camera, power supply unit with switch, memory unit, and receiving and transmitting device; in this case, the microcontroller provides synchronization of the oscillation frequency of the rods and the frame rate of the camera.