Поляризационный рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения (нпво)

 

ПОЛЯРИЗАЩЮННЬЙ РЕФРАКТОМЕТР НАРУШЕННОГО nOJHiOrO ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол +45°, по отношению к плоскости падения излучения , четвертьволновую пластину, установленную нормально к пучку излучения , измерительную .призму, контактирующую с исследуемой средой, второй поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол -45 по ьтношению к плоскости падения излученияj фотоприемник , электрически соединенный со следящей системой, автоматической установки псевдокритического угла падения, отличающийся тем, что, с целью повыиения точности, уменьшения потерь и упрощения конструкции , в рефрактометр введены неподвижное основание и электромеханический преобразователь, ротор ко (О торого упруго соединен с неподвижным основанием, а четвертьволновая пластина укреплена на роторе электромеханического преобразователя так, что в среднем положении ротора главные оси четвертьволновой пластины сово падают с плоскостями пропускания по00 ляри3анионных фильтров. 00 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК др G 01 N 21/43

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3549323/18-25 (22) 08.02.83 (46) 23.04.84.Бюл. И 15 (72) А,И.Пеньковский, Д.Д.Хамелин, P.Ò.Àôàíàñåíêî и И.Ф.Мунасипов (53) 535.24(088.8) (56) 1. Молочников Б.И., Морозов В.Н.

Методы и аппаратура отражательной поляризационной рефрактометрии.

Обзорная информация 11НИИТ311приборостроения, вып. 2, TG-4. М., 1981, с.11.

2. Пеньковский А.И. Способ измерения показателей преломления поглощающих сред. ОМП, В 8, 1982, с.38 (прототип). (54)(57) ПОПЯРИЗАЦИОННЫЙ РЕФРАКТОМЕТР НАРУПЕННОГО IIOJIHOI О ВНУТРЕННЕГО

ОТРАЕЕН11Я, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол +45а, по отношению к плоскости падения из„„SU„„1087843 A лучения, четвертьволновую. пластину, установленную нормально к-пучку излучения, измерительную призму, контактирующую с исследуемой средой, второй поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол -45 по отношению к плоскости падения излучения фотоприемник, электрически соединенный со следящей системой, автоматической установки псевдокритического углападения, отличающийся тем, что, с целью повьинения точности,уменьшения потерь и упрощения конструкции, в рефрактометр введены неподвижное основание и электромеханический преобразователь, ротор которого упруго соединен с неподвижным основанием, а четвертьволновая пластина укреплена на роторе электроме.ханического преобразователя так, что в среднем положении ротора главные оси четвертьволновой пластины совпадают с плоскостями пропускання поляризационных фильтров.

1 10878

Изобретение относится к оптико-механическим приборам и предназначено для измерений показателя преломления например, жидких сред, методом нарушенного полного внутреннего отраже- 5 ния (НПВО)..

Известен поляризацконный рефракто.— метр, содержащий источник света, поляризатор, модулятор, анализатор и измерительный блок 1.."1 3.

К его недостаткам следует отнести невысокую точность потери световой энергии, значительные. габаритные размеры.

Наиболее близким по технической М сущности к изобретению являются поляризационный рефрактометр НПВО, содержащий источник излучения к последовательно расположенные ло ходу излучения коллиматор, светофильтр, 20 первый ноляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол +45е по отношению к плоскости падения излучения, четвертьволновую пластинку, уатаков- 25 ленную нормально к лучку излучения, измерительную призму, контактирующую с исследуемой средой, второй лоляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол -45+ по отношению к плоскости падения излучения, и фотоприемник электрически соединенный со следящей системой,автоматической установки псевдокриткческого угла падения(2 $.

Недостатком известного устройства является наличке в оптической схеме магнитооптических,модуляторов состояния поляризации света, Установленные между поляризационнымк фкльтрамк стеклянные стержни магнитооптических модуляторов. имеют постоянное двойное лучепреломлеиие (вследствие неравномерного охлаждения стекла Йри его варке), либо наведенное двойное лучепреломление (вследствие неравномерного нагрева их теплом, выделяющимся катушками с током). Это приводит к неконтролируемому изменению состояния ноляркзацки света и к дополнительным погрешностям измерений © показателей преломления.

Кроме того, значительные габариты и вес магнитооптических модуляторов (габариты не менее 50х50хб0 ммЗ и вес не менее 0,5 кг ), усложняют конструкцию устройства и препятствует созданию малогабаритных портативиых рефрактометров, а наличие s рабочем пучке стеклянных стержней магнитооптических модуляторов увеличивает потери света, которые неизбежны на каждой границе воздух-стекло. Это вы-. нуждает увеличивать. мощность источника света,.что для портативных рефрактометров также нежелательно.

Целью изобретения является повышение точностк, уменьшение потерь света и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем что в рефрактометр, содержащий источник излучения н последовательно расположенные ло ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляриэационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляо ет угол +45 по отношению к плоскости падения излучения, четвертьволновую пластинку, установленную нбрмально к пучку излучения, измерительную призму, контактирующую с исследуемой средой, второй поляризациоиный фильтр, азимут плоскости поляризаций которого составляет угол -45 по отношению к плоскости падения излучения, фотопркемник, электрически соединенный со следящей системой автоматической уста- . новки лсевдокриткческого угла ладе" нкя, введены неподвкжные основание и электромеханический преобразователь, ротор которого упруго соединен с неподвижным основанием, а четвертьволновая пластина укреплена на роторе электромеханического преобразователя так, что в среднеи положении ротора главные оси четвертьволновой пластинки точно совпадают соответственно с ллоскостямн пропускания поляризационных фильтров.

На чертеже показана схема устройства.

Поляризационный рефрактометр

НПВО содержит источник 1 света, колЪиматор 2, светофильтр 3, измерительную призму 4, соприкасающуюся с исследуемой средой, например с жидкостью 5. !

По обе стороны измерительной приз мы 4 установлены неподвижно поляризационные фильтры 6 и 7., азимуты плоскостей поляризации которых нос . тоянно взаимно ортогональны н составляют с плоскостью падения углы соответственно +45 к -45 . За поляризацконным фильтром 7 установлен фотоприемник 8, который является со3 1087843 ставной частью следящей системы, в которую входят избирательный усилитель 9, настроенный на частоту !в .сети, и реверсивный двигатель 10.

Иежду поляризационными фильтрами 6 . и 7, например перед измерительной призмой, установлен электромеханический преобразователь, который упруго соединен с неподвижным основанием

11 и выполнен, например, в виде коль- !О ца 12 из диамагнитного материала с сектором 13 из магнитомягкого материала. Ротор 12 закреплен на концах плоских упругих элементов (нружин f

14, противоположные. концы которых, !5 закреплены на основании ll. Вблизи . сектора 13 неподвижно укреплен магнитопровод 15 с зазором 16, который проходит через центр катушки 17 ° По., следняя через диод 18 подключена к 2О сети переменного тока промышленной частоты М=50 Гц.

На роторе 12 электромеханического модулятора нормально к рабочему пуч-. ку света, укреплена четвертьволновая пластинка 19 причем так, что в среднем положении ротора главные оси четвертьволновой пластинки точно совпадают с плоскостями пропускания поляризационных фильтров 6 и 7. Длина упругих элементов 14 и масса роторе

12 выбраны такими, при которых частота собственных колебаний ротора 12 близка к частоте возбуждения, т.е. к частоте ie сети. Для компенсации З5 фазовых искажений в следящей системе обмотка возбуждения реверсивногодвигателя 10 подключена к сети через фазовый регулятор 20. Для контроля угла падения света yL устройст" 46 во снабжено углоизмерительным уст- . ройством 21.

Поляризационный рефрактометр

ВПВО работает следующим образом.

Свет от источника I коллиматором

2 формируется в параллельный пучок, проходит светофильтр 3, поляризационный фильтр 6, четвертьволновую пластинку 19 и под углом aL падает на границу раздела двух сред: стекла 4 и исследуемой среды 5. Отраженный от границы раздела сред 4 и 5 световой поток проходит поляризационный фильтр .7 и падает на фотоприемник 8.

Переменный ток, протекая через ди- 55 од 18 по катушке !7 создает в зазоре !6 магнитопровода 15 пульсирующее магнитное поле, которое периодически с частотой сети М увлекает сектор

l3 и заставляет ротор !2 совместно с пластинкой 19 совершать колебатель- ные движения вокруг оптической оси на небольшой угол (ф 1 0,08 рад)также с частотой сети .ш . При этом на границу раздела сред 4 и 5 падает

ЙРеимущественна линейно поляризованный под углом 45О свет, но промодулированный с частотой и> как по азимуту, так и по разности фаз практически на одинаковую величину K=p518&C

После поляризационного фильтра 7 фотоприемник 8 воспринимает свет, изменяющийся по закону о (1-СОВ2Ч содс Р(УдгМ- пУщдУ » э!и (М) где !! — относительное изменение восстановленной линейной поляризации при внутреннем отраже-; нии света;

5 — изменение разности фаэ меж. ду Р,и S составляющими при внутреннем отражении света.

Если угол падения света К,.например, первоначально меньше крити-. ческого 4 (о к, при котором 29 >9, то в спектре сигнала фотоприемника

8 присутствует первая гармоника частоты ю, которая усиливается усилителем 9, подается на обмотку управления двигателя 10 и происходит изменение угла падения с! с помощью следящей системы в сторону критического угла Ккр. Если угол падения а затем стал больше критического (d. а!к< при котором 2Ч а д" то в спектре сигнала фотоприемника

8 также будет присутствовать первая гармоника частоты м, но фаза ее будет отличаться на л радиан бт пер воначальной, и двигатель 10 будет вращаться в противоположную сторону.

Если ef @ ко то в спектре сигнала фотоприемника 8 отсутствует первая гар.моника частоты ui и H д в иHг а тель 10 ос- . танавливается, а углоизмерительное устройство 21 фиксирует значение угла падения Ы„ =ef р. Значение искомо, го показателя преломления и> иссле" дуемой среды S определяют по простой формуле пкпоЫпйкрнапример с помощью микрокалькулятора или встроен- . ного простого микропроцессора.

Предлагаемый поляризационный рефрактометр НПВО имеет принципиальные .

% 1087843 6 преимущества перед известными устройствами. Необходимая модуляция поляризованного света как по азимуту пре- имущественной поляризации 4, так и по разности фаз d" осуществляется с 5 помощью покачивания четвертьволновой пластинки l9 относительно нулевого .положения, а не с помощью дополни- . тельных специально предназначенных для этой цели модуляторов, как это имеет место в известных устройствах.

Поскольку дополнительные модуляторы отсутствуют, то отсутствуют и неизбежно вносимые ими погрешности, в состоянии поляризации света повыша- 15 ется точность измерений критического углами(, и, следовательно, измерений показателей преломления исследуемой среды.

Кроме того, оптическая схема пред- 3) лагаемого устройства без дополнительных модуляторов при прочих равных условиях обладает существенно большим пропусканием света, чем схемы известных устройств. Это позволяет уменьшить мощность источника света, что благоприятствует конструированию портативных автоматических рефрактометров. Габариты и вес электромеханического модулятора меньше габаритов и веса двух магнитооптических модуля торов. Поэтому предлагаемое устройство обладает лучшими показателями по конструкции и имеет более высокую точность измерений.

Предлагаемое устроиство может найти широкое применение в химической, нефтяной, пищевой промышленностях, где требуются портативные переносные рефрактометры для экспрессного контроля продукта по показателю преломления.

ВНИИПИ Заказ 2647/38

Тираж 823 Подписное

Ю»

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4