Рефрактометр

 

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, а именно к рефрактометрам. Излучение источника 1, пройдя через дефлектор 2, попадает в световод 3, испытывает там многократное отражение от границы с исследуемой средой и направляется дефлектором 4 через линзу 5 и диафрагму 6 на фотоприемник. Угол падения излучения на границу световода со средой определяется углом отклонения дефлектора 2. Дефлектор 4 обеспечивает попадание прошедшего излучения на фотоприемник. Линза 5 служит для увеличения углов между лУчами светового пучка, а диафрагма 6 - для их селекции. Высокая точность достигается тем, что на фотоприемник попадают лучи, имеющие близкие углы падения в световоде. Изменение угла падения излучения путем его отклонения в дефлекторе 2 позволяет проводить измерения показателя преломления в широком диапазоне . 1 ил. /)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5р 4 G 01 N 21/43 (Pf\ ( (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

e "

Я 1 ,) 6 Д

J

ЯР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3922887/31-25 (22) 01.07 .85 (46) 30.01.87. Вюл. № 4 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) С.В.Иванов и В.В.Черный (53) 535.24(088.8) (56) Заявка Великобритании № 1588154, кл. G 01 N 21/43, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 840711, кл. С 01 N 21/43, 1981.. (54 ) РЕФРАКТОИЕТР (57) Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, а именно к рефрактометрам. Излучение источника 1, пройдя через дефлектор

2, попадает в световод 3, испытывает там многократное отражение от,.SU„, 1286960 А1

l границы с исследуемой средой и направляется дефлектором 4 через линзу

5.и диафрагму 6 на фотоприемник.

Угол падения излучения на границу световода со средой определяется углом отклонения дефлектора 2, Дефлектор 4 обеспечивает попадание прошедшего излучения на фотонриемник.

Линза 5 служит для увеличения углов между лучами светового пучка, а диафрагма 6 — для их селекции. Высокая точность достигается тем, что на фотоприемник попадают лучи, именяцие близкие углы падения в световоде.

Изменение угла падения излучения путем его отклонения в дефлекторе 2 позволяет проводить измерения показателя преломления в широком диапазоне. 1 ил.

1286960

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, в частности к рефрактометрам.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения показателя преломления.

На чертеже изображена схема рефрактометра.

Рефрактометр содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные по ходу излучения акустооптический дефлектор 2, световод 3, акустооптический дефлектор 4, рассеивающую линзу 5, диафрагму 6 и фотоприемник 7. Световод 3 имеет отражающие покрытия 8 и 9 на торцах. В покрытии 8 имеются окна 10 и 11 для ввода и вывода излучения. Фотоприемник

7 соединен с электрической схемой, включающей последовательно соединенные усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 и контроллер 14. Лкустооптические дефлекторы

2 и 4 через усилители 15 и 16 и умножители,частоты 17 и 18 подключены к таймерным выходам контроллера 14.

Устройство работает следующим об- разом.

Пучок света от источника 1 излу- 30 чения отклоняется акустооптическим дефлектором 2 и через окно 10 вводится в световод 3. Свет многократно проходит световод 3 во встречных направлениях, отражаясь от покрытий 35

8 и 9, на его торцах и от границ направляющих плоскостей световода с исследуемой средой. Коэффициент отражения света от границы со средой зависит от ее показателя преломпе- 40 ния и угла падения. Угол падения определяется углом отклонения в акустооптическом дефлекторе 2 и различается для различных лучей пучка.

Излучение, прошедшее через световод д5 и вышедшее через окно 11, отклоняется акустооптическим: дефлектором

4 и попадает на рессеивающую линзу

5, служащую для увеличения расходимости пучка. Часть излучения, прошед-gg

mего через линзу 5, попадает через отверстие диафрагмы 6 на фотоприемник 7 ° сигнал с которого через усилитель 12 и АЦП 13 вводится в контроллер 14. Контроллер вырабатывает частоты, управляющие углами отклонения света в акустооптических дефлекторах

2 и 4. Изменение йитающей частоты акустооптического дефлектора 2 меняет угол ввода света в световод и угол падения пучка света на границу световода со средой. Изменение питающей частоты акустооптического дефлектора 4 позволяет направить любую часть прошедшего пучка через диафрагму 6 на фотоприемник 7. Этим обеспечивается ввод в контроллер информации о распределении мощности по углам в световом пучке.

Перед измерением в запоминающее устройство контроллера вводится информация о распределениях мощности в световом пучке, прошедшем световод, находящийся в воздухе при различных углах ввода пучка. Погружение световода в исследуемую среду приводит к изменению распределения мощности по углам в прошедшем световом пучке.

Контроллер устанавливает такой угол ввода пучка света в световод, при котором распределение мощности по углам изменяется наиболее сильно.

Это происходит, когда условия полного внутреннего отражения (ПВО) нару- шены для половины лучей пучка. Изменение функции распределения мощности по углам при заданном угле падения пучка в световоде однозначно связано с величиной измеряемого показателя ,преломления. Значение показателя преломления вычисляется контроллером по частотам, питающим акустооптические дефлекторы 2 и 4, фототоку фотоприемника 7 программным способом.

Контроллер сканирует частоты акустооптических дефлекторов, сравнивает распределение мощности по углам с занесенным в запоминающее устройство и отыскивает частоты, для которых эти распределения различаются. Частота акустооптического дефлектора 2 устанавливается такой, чтобы функции распределения совпадали для половины лучей пучка. Эта частота определяет приближенное значение угла ПВО. Поправка этого значения вводится по частоте дефлектора 4, соответствующей максимальной производной от разности запомненного и измеренного фототоков по частоте дефлектора 4. Величина измеряемого показателя преломления определяется из значения угла

ПВО по формуле Френеля программным способом, основанным на приведенных соотношениях.

Для луча, попадающего на фотоприемник, справедливо соотношение

1286960 где K„,Ê,К и С! — постоянные, опре5 деляемые расстоянием между оптическими элементами рефрактометра, 10 у„,<,,ц> — соответственно углы на выходе лазера и углы отклонения в акустооптических дефлекторах.

Рассеивающая линза и диафрагма при выводе этого соотношения не учитываются. Их наличие приводит лишь к эквивалентному уменьшению размеров приемной площадки фотоприемника.

Угол падения („ луча в световоде, являющемся элементом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), определяется по формуле 25 (2) где 8 . — постоянная угловая величина, определяемая при калибровке. З0

Измеряемый показатель преломления и определяется по граничному значению угла (Ц»» + Q, )„р, для которого выполняется условие ПВО и = n sin(8 — (q„+q, 1„ ), (3) 35 где и — показатель преломления свес товода.

Граничному значению угла соответствует максимальное значение произ- 40 водной светопропускания элемента

НПВО по углу падения луча. Величина светопропускания определяется путем сравнения освещенностей фотоприемника при нахождении световода в воэду- 45 хе и в исследуемой жидкости.

При нахождении световода в воздухе при неизменном угле q значение угла (1»! изменяется от минимального до максимального своего значения, в 50 результате чего определяется постоянная величина С, соответствующая максимальной освещенности фотоприемника, по формуле

55 (4)

<< V °

В дальнейшем при всех изменениях

Угла („ величина угла выбирается из условия 2 г

При этом на фотоприемник попадает центральный луч -лазерного пучка. При нахождении световода в воздухе для всех возможных значений („ измеряется освещенность фотоприемника Е

При погружении световода в жидкость величина угла С, последовательно увеличивается от своего минимального значения при (6) E; — Е„;<Я где Е; — измеренная освещенность, Š— заданная постоянная (точность изменения освещенности).

При Еi — Еoi вычисляется величина Е;+, + Е;, — 2Е;, а угол („ увеличивается, пока выполняется условие

Е» ».» + Е;, — 2Е; О ° (7) При невыполнении условия (7) производная величины светопропускания по углу падения достигает своего максимального значения, а показатель преломления и исследуемой жидкости опр деляют по формуле (3) при („

= Ч»; . Г!ри этом, поскольку величина

8 определяется при калибровке, допускается величину угла р„ выбирать произвольно.

Формула изобретения

Рефрактометр, содержащий источник излучения и последовательно

Высокая точность измерения показателя преломления достигается тем, что в устройстве на фотоприемник попадают лучи, имеющие близкие углы падения на границу световода со средой. Изменение показателя преломления среды одинаково влияет на их ослабле-.— нйе. Когда угол падения регистрируемых лучей на границу со средой совпадает с углом ПВО, светопропускание световодом таких лучей зависит от показателя преломления среды. Изменение угла падения пучка с помощью акустооптического дефлектора

2 позволяет измерять показатель преломления в больших пределах его измерения.

Составитель С.Голубев

Техред А.Кравчук . Корректор M.Äåì÷èê

Редактор Е.Копча

Заказ 7705/42

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 расположенные по ходу излучения световод, представляющий собой плоскопараллельную пластину,,и фотоприемник, соединенный с электрической схемой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения показателя преломления, в устройство введены два акустооптических дефлектора, рассеивающая линза и диафрагма, причем один акустооптический

286960 6 дефлектор расположен по ходу излучения между источником излучения и световодом, второй акустооптический дефлектор, рассеивающая линза и диафрагма расположены последовательно по ходу излучения между световодом и фотоприемником,, световод имеет отражающие покрытия на торцах с окнами для ввода. и вывода излучения, а

10; акустооптические дефлекторы соединены с выходом электрической схемы.