Устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГ-ШРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОГЛ0111АЮЩИХ СРЕД, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, измерительный элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему, о тличающе е ся тем,- что, с целью повьшения точности измерения, в устройство введены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало , установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, при этом преломляющий Угол-измерительного элемента выполнен по величине i меньшим наименьшего значения угла Q из рабочего диапазона углов падения (Л света на измерительный элемент.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сощиАлистичесних

РЕСПУБЛИК 5ц G 01 N 21/43

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г я 1» !

I госудАРстаеннь!й комитет сссР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA (21) 3563474/18-25 (22) 09.03.83 е (46) 07. 11. 84. Бюл. Ф 41 (72) Б.И. Молочников, M.Â. Лейкин и И.С. Васильева (53) 535.24(088,8) (56) 1, Молочников Б.И. и др. Рефрак- тометры дпя определения оптических постоянных сред. M., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1979 с. 6-10.

2. Авторское свидетельство СССР

И- 805140, кл. С 01 N 21/43) 1971 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕЦИЯ ПОГЛОЩА10ЩИХ

СРЕД, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, измеритель..SU„„ 40 ный элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему, о тличающе е ся тем,.что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, при этом преломляющий угол. измерительного элемента выполнен по величине меньшим наименьшего значения угла 9 из рабочего диапазона углов падения света на измерительный элемент.

Изобретение относится к техничес. кой физике, предназначено для иэмере ния оптических постоянных — показателя преломления П и показателя поглощения К и может быть использовано для метрологических целей в области рефрактометрии полного внутреннего отражения, где требуется . достижение предельных точностей, а также в нефтехимии, химии пиг- !О ментов и красителей, пищевой и фармацевтической промышленности для конт,роля поглощающих сред, Известно устройство для определения показателя преломления путем измерения коэффициентов отражения R света при его падении под определенным углом 8 на .исследуемую среду со стороны измерительного элемента, находящегося в оптическом контакте с исследуемой средой. Искомые,оптические постоянные П и К функционально связаны с величинами углов падения и соответствующих им коэффициентов отражения, а по- д5 грешности П и К (т.е. величины Ь П и К) определяются погрешностями

g u R (т.е, величинами АО и и R) .

Измерительные элементы в таких устройствах расположены в кюветном отделении спектрального прибора (перед входной щелью монохроматора) и освещаются сходящимся пучком света (1).

Недостаток данных устройств сос35 тоит в их низкой точности, обусловленной невозможностью точной установки угла падения света из-за существенной непараллельности пучка лучей. При использовании призматического элемента точность снижается путем наложения на рабочий пучок света паразитных бликов, отраженных плоскими гранями элемента при нормаль» ном падении света на них.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство дпя измерения показ ателя преломления поглощающих сред, содержащее источник света и последовательно расположенные по ход О луча монохроматор, измерительный эле" мент призматической формы и приемнорегистрирующую систему. Установка

- угла падения 9 в этом рефрактометре производится по веществам с известным показателем преломления, дпя которых находится критический угол, после чего из этого положения осве-, тительный коллиматор поворачивают иа малые углы $2/.

Такая установка угла, хотя и более

I точна, чей в других известных устройствах (1),но тем не менее точность угла не превышает 2 — 3, что соответствует погрешности изменения п(1-2) ° 10 . Кроме того, здесь также имеется погрешность в измерении из-за паразитных световых бликов от плоских поверхностей линз, поскольку пучки света всегда нормальны этим поверхностям. Особенно сильное влияние оказывают при двухкратном (автоколлимационном) ходе пучка через измерительный элемент.

Цель изобретения - повышение точности измерения оптических постоянных поглощающих сред.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, измерительный элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему,вве- дены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведе ния его из хода луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, а преломляющий угол измерительного элемента выполнен по величине меньшим наименьшего значения угла 8 из рабочего диапазона углов падения света на измерительный элемент.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - ход луча и паразитных обрат-. ных бликов в измерительном элементе.

Устройство содержит осветитель 1, монохроматор ?, полупрозрачное выключаемое зеркало 3, выходную щель 4 монохроматора, наблюдательную систему

5, внеосевой параболоидный объектив б, плоские зеркала 7 и 11, измерительный элемент 8, автоколлимационное зеркало 9, угломерное устройство 10, приемно-регистрирующее устройство

12, входную грань 13 измерительного элемента. з П 22340

Устройство работает следующим образом.

Осветитель 1 освещает входную щель дифракционного монохроматора 2 (показан пунктиром). Разложенное в спектр излучение фокусируется на выходной щели 4 монохроматора. Далее коллимиронанный зеркалом 6 световой пучок после отражения от зеркала 7 напранляется на призматический изме- 10 рительный элемент 8 с преломляющими углами о, направляется под углом .

8 к его рабочей поверхности, контактирующей с исследуемым веществом, отражается от нее и выходит 15 из элемента. После отражения от, автоколлимационного зеркала 9 свет вторично отражается от рабочей границы элемента под тем же углом g что удваивает чувствительность 20 измерения.

Идя в обратном направлении снетовой пучок фокусируется зеркалом 6, причем на выходной щели 4 монохроматора строит ее же перевернутое изоб- 25 ражение, т.е. изображение верхней половины щели. Вблизи щели 4, перекрывая нижнюю ее половину, установлено наклонно к оптической оси плоское зеркало 11, которое перехватывает g0 возвращенный пучок света и направляет его на приемно-регистрирующее устройство, измеряющее коэффициенты отражения R, по которым рассчиты. наются значения П и К..

Установку углов 8 в предлагаемом устройстве производят следующим образом.

Сначала входную грань 13 измерительного элемента 8 устанавливают нормально:к падающему пучку света.

Для этого полупрозрачное зеркало 3 вводят в ход лучей, а зеркало 11 выводят. С помощью наблюдательной системы 5 визуально. рассматривается плоскость выходной щели 4. При .установке грани 13 нормально световому пучку на щели 4 наблюдается автоколлимационное иэображение от нее.

После этой операции зеркало 3 выводят из хода лучей, а зеркало 11 вводят. Затем с помощью угломерного устройства 10 измерительный элемент

8 поворачивается на угол tp такой неличины, чтобы обеспечить заданный. 55 угол пацения S на рабочую грань (фиг . 3) . Связь величины Ф дается легко выводимым выражением 6 - К +

+ srcsin(sin„+ ), где g u n — прелом. ляющий угол йзмерительного элемента и его показатель преломления.

Для возвращения рабочего пучка в обратном направлении автоколлимационное зеркало 9 поворачинают на угол 21 . Точность: установки углов 8 определяется погрешностью установки входной грани элемента нормально к пучку снета и погрешностью измерения поворота измерительного элемента.

Установку входной грани нормально к пучку с помощью предлагаемого устройства, включающего зеркало 3 и наблю- дательную систему 5, производят с погрешностью не более 5 -, 10 а из-! мерение угла поворота измерительного . элемента — с погрешностью не более

10 . Поэтому среднеквадратичная погрешность угла поворота измерителья ного элемента А<р не превосходит 14 .

Поскольку. погрешность угла поворота элемента h(f и погрешность установки угла падения света на элемент

56 связаны легко выводимым приближенным соотношением 4(p и Ь 8 (т.е. допустимая погрешность угломера в и раз больше допустимой погрешности установки угла падения света), то, следовательно, погрешность в предлагаемом устройстве не превосходит

Jl

6 — 7 . Это дает воэможность достижения погрешности измерения и не более (2-5) .10 т.е. почти на поря( док точнее известного устройства.

Преплагаемое устройство способствует более точному измерению коэффициента отражения R) так как не уменьшает световой поток поскольку

Э при измерении R зеркало 3 выключается из хода световых лучей.

Повышение точности измерения R в предлагаемом устройстве достигает. ся путем исключения влияния паразит ных световых бликов, отраженных плоскими нерабочими поверхностями элемента, налагающимися на рабочий световой сигнал, отраженный поверхностью соприкосновения элемента и исследуемой среды.

Исключение влияния этих бликов достигается выполнением угла М измерительного элемента по величине меньше наименьшего В из рабочего диапазона углов падения. В этом случае при любом 8 пучки света не падают нормально на плоские поверхности элемента, поэтому паразитные

i i û

Г

Составитель С. ГОлубев

Техред С.Jleresa Корректор А, Знмокосов

Редактор А. Мотыль

Заказ 4692 Тирщк 56 .Подпис ное

: ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4!5

ППП "Патент" обратные блики от обеих граней элемента (показаны пунктиром) не идут по пути рабочего луча (показан сплошной линией),. а уходят в сторону (фиг. 3). Тем самым исключается имекнцаяся в известном устройстве погрешность в измеряемом значении

Е путем наложения на рабочий пучок ларазитных бликов.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит повысить

5 точность измерения путем повышения точности установки угла падения света и исключения паразитных бликов. !