Владимир Владимирович Семенов
346500, Ростовская область, г. Шахты, ул. Шевченко 147
Vladimir V. Semenov
147, ul. Shevchenko, Shakhty, Rostov obl., 346500
Одно из важных направлений в области оптического приборостроения — развитие технологий симуляции оптических процессов в произвольной дисперсной среде. Это позволит в будущем отказаться от физических испытаний с использованием дорогостоящего оборудования в пользу компьютерной симуляции эксперимента. В работе представлены результаты моделирования процессов рассеяния оптического излучения аэрозольными средами с использованием метода конечных элементов. Приведен алгоритм построения модели со следующими исходными условиями: радиус сферической частицы дистиллированной воды — 1 мкм, длина волны падающего оптического излучения — 0,6328 мкм, окружающая частицу среда — воздух. На основе модели разработана компьютерная программа, позволяющая, помимо автоматизации виртуального эксперимента, создавать случайное расположение частиц с изменением их геометрической формы и размеров в заданных пределах. Представлены модельные зависимости интенсивности излучения от углов рассеяния для одной частицы и их группы. Полученные результаты симуляции прохождения светового луча сквозь дисперсную среду и анализа индикатрисы рассеяния группой частиц могут быть использованы для проектирования требуемой конструкции детекторов (фотодатчиков) и определения минимального количества фотоприемных устройств при измерении параметров исследуемой среды.
Development of the technologies simulating optical processes in an arbitrary dispersed medium is one of the important directions in the field of optical instrumentation and can provide computer simulation of the processes instead of using expensive equipment in physical experiments. The goal of the study is simulation of scattering of optical radiation by aerosol media using the finite element method to show a practical significance of the results of virtual experiments. We used the following initial conditions of the model: radius of a spherical particle of distilled water is 1 μm, wavelength of the incident optical radiation is 0.6328 μm, air is a medium surrounding the particle. An algorithm for implementation of the model by the finite element method is proposed. A subprogram has been developed which automates a virtual experiment for a group of particles to form their random arrangement in the model and possibility of changing their geometric shape and size within predetermined intervals. Model dependences of the radiation intensity on the scattering angle for single particle and groups of particles are presented. Simulation of the light transmission through a dispersed medium provides development of a given photosensor design and determination of the minimum number of photodetectors when measuring the parameters of the medium under study via analysis of the indicatrix of scattering by a group of particles.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.