«Будущее экономики-2010»

Демографические и технологические факторы экономического развития России

Тема «Идентификация текстильных материалов методом оптической дифракции»

Снегирева Е.М.

Тел. 8 903 183 06 80

Паршина С.А.

Тел. 8 903 277 98 99

Пиляр М.А.

Тел. 8 926 118 54 26

Руководители:

Доц., к. ф. м. н. Герасименко Н. И.

Доц., к. т. н. Райкова Е. Ю.

Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова

Факультет Экономики товароведения и торговли

Москва 2010

Содержание.

Введение

1. 
   Цели и задачи исследования………………………………………………….…3
   

Основная часть

2. Сущность метода дифракции………………………………………………………...4

3. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке……………………………..6

4. Методы определения плотности текстильного материала…………………………9

5. Описание экспериментальной установки…………………………………………..18

Заключение

6. Результаты исследования…………………………...……………………………….20

7. Выводы………………………………………………………………………………..28

8. Литература……………………………………………………………………………29

1. Цели и задачи исследования.

Современный уровень инновационных методов контроля предполагает разработку и совершенствование экспресс-методов определения структурных характеристик текстильных материалов, имеющих в своей основе неразрушающие методики.

Дифракционные методы являются предпочтительными и весьма перспективными при исследовании регулярных структур. Примером такой регулярной структуры может служить оптическая структура, сформированная как переплетением нитей текстильного материала, так и специфической регулярной структурой отдельной нити.

Целью данной работы явилась разработка дифракционного метода идентификации строения текстильных материалов и выявления взаимосвязи между переплетениями тканей и видом дифракционных картин, порождаемых взаимодействием света с их структурой.

В процессе выполнения работы предполагается решить следующие задачи:

– выявить взаимодействие между структурой ткани и видом дифракционной решетки,

– исследовать возможность оценки плотности текстильных материалов дифракционным методом,

– разработать методику оценки плотности прозрачных текстильных материалов, оценить точность и достоверность предлагаемой методики.

В настоящее время существует множество современных физических и физико-химических методов исследования текстильных материалов.

Все методы по их возможностям условно можно разделить на два типа:

1) методы, позволяющие вскрывать и изучать тонкие химические и физические изменения, происходящие с полимером волокна и при взаимодействии волокна с красителями;

2) методы, позволяющие оценивать общую картину изменений в текстильно-химической системе и ее объектах.

К первому типу относятся ИК-, ЭПР-, ЯМР-спектроскопии, дифракционный метод, ко второму – колориметрические методы и методы оценки светостойкости окраски.

Ряд методов, таких, как абсорбционная и люминесцентная спектроскопия, микроскопия в поляризованном свете, определение параметров молекулярно-массового распределения, термический анализ и хроматография, можно отнести к обоим типам.

2. Сущность метода дифракции.

Дифракция света основана на принципе Гюйгенса – Френеля.

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле – любое отклонение распростране­ния волн вблизи препятствий от зако­нов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в об­ласть геометрической тени, огибать пре­пятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т.д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.

Явление дифракции, общее для всех волновых процессов, имеет особенности для света, а именно здесь, как правило, длина волны  много меньше разме­ров d преград (или отверстий). Поэто­му наблюдать дифракцию можно толь­ко на достаточно больших расстояниях l от преграды

( l ≥ d²∕λ ) (2.1)
Дифракция света наблюдается при рас­пространении света сквозь малые от­верстия, вблизи границ непрозрачных тел и т.д., обусловленных волновой природой света. Под дифракцией света обычно понимают отклонение от зако­нов распространения света, описывае­мых геометрической оптикой.

Объяснение дифракции возможно с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до ко­торой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.

Пусть плоская волна нормально па­дает на отверстие в непрозрачном экра­не. Согласно Гюйгенсу, каж­дая точка выделяемого отверстием уча­стка волнового фронта служит источником вторичных волн (в однородной изотропной среде они сферические). Построив огибающую вторичных волн для некоторого момента времени, ви­дим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т. е. волна огиба­ет края отверстия.

Явление дифракции характерно для волновых процессов. Поэтому если свет является волновым процессом, то для него должна наблюдаться дифракция, т. е. световая волна, падающая на грани­цу какого-либо непрозрачного тела, должна огибать его (проникать в об­ласть геометрической тени). Из опыта, однако, известно, что предметы, осве­щаемые светом, идущим от точечного источника, дают резкую тень и, следо­вательно, лучи не отклоняются от их прямолинейного распространения. По­чему же возникает резкая тень, если свет имеет волновую природу? К сожа­лению, в теории Гюйгенса ответа на этот вопрос нет.

Принцип Гюйгенса решает лишь за­дачу о направлении распространения волнового фронта, но не затрагивает вопроса об амплитуде, а, следовательно, и об интенсивности волн, распростра­няющихся по разным направлениям. Френель вложил в принцип Гюйгенса физический смысл, дополнив его иде­ей интерференции вторичных волн.

Согласно принципу Гюйгенса – Френеля, световая волна, возбуждае­мая каким-либо источником S, может быть представлена как результат су­перпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными ис­точниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охваты­вающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распро­страняющиеся от источника, являются результатом интерференции всех коге­рентных вторичных волн.

Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предположил, что если между источником и точкой наблюдения на­ходится непрозрачный экран с отвер­стием, то на поверхности экрана амп­литуда вторичных волн равна нулю, а в отверстии – такая же, как при отсут­ствии экрана.

Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в каждом конкретном случае найти амплитуду (интенсив­ность) результирующей волны в любой точке пространства, т. е. определить за­кономерности распространения света. В общем случае расчет интерференции вторичных волн довольно сложный и громоздкий, однако, как будет показа­но ниже, для некоторых случаев нахож­дение амплитуды результирующего ко­лебания осуществляется алгебраичес­ким суммированием.

следующая страница>