Рефрактометр
Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидких сред. Цель изобретения - повышение точности измерения показателей преломления жидких сред. Рефрактометр снабжен чувствительным элементом в виде фокона, механизмом перемещения и измерителем перемещения. Измерение показателя преломления производится перемещением фокона до достижения сигналом на его выходе некоторой данной величины и измерением этого перемещения . 1 ил. (Л с 00 00 кэ со :о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (511 4 G 01 N 21/43
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
7СPrpw>g д
i
) i !
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3965597/24-25 (22) 09.10.85 (46) 23.08.87. Бюл. ¹ 31 (7 1) Алма-Атинский энергетический институт (72) А.Л.Патлах (53) 535.24(088.8) (56) Жаботинский M.E. Крутой изгиб волоконного световода — основа датчиков физических величин. — Радиотехни.ка, 1982, т. 37, Ф 8, с. 8-13.
Молочников Б.И. Методы измерения показателя преломления сред. Измерения, контроль, автоматизация. Вып. 7. 8 (29-30), 1980, с. 9-10.
„„SU„„1332199 А1 (5 4) РЕФРАКТОМЕ ТР (57) Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидких сред. Цель изобретения — повышение точности измерения показателей преломления жидких сред. Рефрактометр снабжен чувствительным элементом в виде фокона, механизмом перемещения
1 и измерителем перемещения. Измерение показателя преломления производится перемещением фокона до достижения сигналом на его выходе некоторой данной величины и измерением этого перемещения. 1 ил.
1332199
Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидких сред.
Целью изобретения является повыше5 ние точности измерения показателя преломления.
На чертеже изображена схема рефрактометра.
Рефрактометр содержит источник 1 излучения, подводящий излучение световод 2, чувствительный элемент — фокон 3, отводящий излучение световод
4, фотоприемник 5, измеритель 6 сигнала (тока) фотоприемника, механизм перемещения чувствительного элемента, включающий узел ? крепления фокона, закрепленный жестко на координатном столике 8, вертикально перемещающимся с помощью микрометрического 20 винта 9, позволяющего осуществлять плавные микроперемещения и являющегося одновременно измерителем перемещения. В случае необходимости очень точного измерения показателя прелом- 25 ления (ПП) в устройство может быть включен интерференционный измеритель 10 перемещения, позволяющий точ. но измерить перемещения координатного столика 8. 30
Рефрактометр работает следующим образом.
До начала измерения производится градуировка измерителя 9 или 10 перемещений в единицах ПП. Для этого кю35 вету, внутри которой устанавливак>т фокон 3, заполняют эталонными жидкостями с известными значениями ПП, находящихся в диапазоне П»,„ „ — П,„ „„„ (где П „„„, П „„— соответственно 40 макс минимальный и максимальный ПП жидкости), и перемещают фокон вверх из полностью погруженного состояния до глубины погружения, при которой ток фотодиода начинает возрастать и пре- 45 вышает наименьшее значение на некоторую заданную величину, именуемую далее номинальным током фотодиода I
Это позволяет производить точное перемещение и установку глубины погружения фокона, а значит и точное измерение ПП жидкости П,„.
В исходном состоянии до помещения фокона 3 в жидкость он находится на воздухе. При этом оптический сигнал, поступающий от источника через световод 2, фокон 3 и световод 4 к фото1приемнику 5, имеет наибольшую величину, что фиксируется измерителем б.
Далее фокон полностью погружают в жидкость, при этом показания измери— теля 6 минимальные.
Для измерения ПП контролируемой жидкости фокон 3, закрепленный в держателе ?, перемещают микрометрическим винтом 9 вместе с координатным столиком 8 вверх до тех пбр, пока не начнет возрастать ток фотодиода и показания измерителя 6 не станут соответствовать I После этого перемещение столика ппекращают и по микрометру 9 или измерителю 10 определяют величину ПП контролируемой жидкости.
При изменении ПП жидкости П„, например, в случае ее нагрева перемещение столика 8 производится до тех пор, пока показания измерителя 6 не станут соответствовать I По шкалам измерителей 9 или 10 определяют абсолютное значение ПП П .
В основу рефрактометра положено явление зависимости коэффициента передачи К вЂ” светопропускания фокона от показателя преломления жидкости и глубины его погружения в жидкость.
Фокон представляет собой световод монотонно-переменного сечения (усеченный конус, имеющий большее и меньшее основания), образующая которого прямая линия. Фокон обладает тем свойством, что апертурный угол лучей к оси фокона, вводимых со стороны большего основания, увеличивается при прохождении через фокон. При увеличении ПП среды Пс (исходно фокон находился в воздухе П ср = 1) для части лучей нарушается условие полного внутреннего отражения и они покидают фокон, выходя через боковую поверхность, причем высвечивание лучей начинается с части боковой поверхности, прилежащей к меньшему основанию фокона, так как здесь углы лучей к оси больше, чем у большего основания. При этом уменьшается коэффициент передачи
К фокона. Если участок фокона со стороны меньшего основания, где начинается высвечивание лучей, вытянуть из среды с ПП И, и поместить в воздух с ПП П = 1, то величина К не изменится. Для сохранения К постоянным необходимо по мере увеличения П все более вытягивать фокон из среды в воздух.
Согласно инварианту Штраубеля для того, чтобы через фокон, выполненный иэ материала с ПП П„ и находящийся в
dq sin Bc
d „s in (В, — с ) 9 с
<1 1 12
1 юс(сс г (х
10 где d,,d — диаметры большего и меньшего торцов фокона", 8 — критический угол лучей в световоде постоянного сечения, образованного материалом с ПП П„ и средой с ПП П, Если фокон с обеих сторой соединен светонодами, ПП сердцевины которых
П„, а ПП оболочки П, то 20 з
1 Зг1 среде с ПП П,, прошли все лучи, наибольший апертурный угол у большего основания фокона которых В,, необходимо, чтобы
99 в контролируемую жидкость при изменении П, т.е. В, величина К также меняется. Для поддержания К постоянным, например, при увеличении П», необходимо уменьшать величину 1. При полностью погруженном фоконе в жидкость с ПП в диапазоне П„„„„-П»
К = К„„„= —; —. Для К -всегда выполня1 ется условие l ) К ) dР /сР . Анализ выт ражения (1) показывает, что для обеспечения наибольшеro изменения оптического сигнала на выходе фокона при его постепенном до полного погружения в жидкость, начиная с большего основания, т.е. для лучшего использования фокона и обеспечения наиболее широкого диапазона измеряемых ПП необходимо, чтобы
8 с
П, — угол конусности фокона, который представляет собой полови25 ну угла при вершине конуса, образующегося при продолжении фокона в сторону меньшего основания (d < - О);
1 „„-длина рабочего участка фокона.
При увеличении ПП среды до П,р
= П через фокон проходит только та часть лучей, для которых выполняется условие полного внутреннего отражения. Наибольшая апертура этих лучей на входе 8цх определяется выражением
sin 9 = — sin(9 — с )
dz х с1 с. 9
Л 1 где с критический 40
П1 угол лучей н световоде постоянного сечения, образованного материалом с
ПП П„.
Для определения коэффициентов передачи фокона (отношение мощности, 45 прошедшей через фокон, к мощности, вводимой в него) в зависимости от величины 1 (1 — длина части фокона, поI мещенная в среду с ПП и отсчитываемая от большего сечения) применим метод модово-лучевой эквивалентности. На основе этого метода для иэотропного возбуждения фокона получается выражение
55 (1 — гы1(а,) (в", -ы ) (,)
8с
Из выражения (1) следует, что при постоянной глубине погружения фокона т sin Bc а
Х
sin(1 — 1/П вЂ” Иэ выражения (1) следует, что глубина погружения фокона, при которой К = const в случае изменения П„, II т.е. 6, определяется d (1)K Вс/(8с -0t )g гы Таким образом, 1 является функцией П». Уст ан о вле ние фокона пер пендикулярно к границе раздела жидкость — воз-. дух обеспечинает высокую точность установки постоянного сигнала на выходе фотодиода при перемещении фокона в строгом соответствии с изменением . П„. Форма и параметры фокона могут обеспечиваться при его изготовлении, например, методом вытягивания существующих снетоводов типа кварц-полимер диаметром d, после удаления полимерных покрытий и нагрева материала н снетоводах до температуры размягчения, а также специальной отливкой. В последнем случае фокон может выполняться с большими поперечными размерами, при этом свет к нему можно подводить и отводить с помощью снетоводных жгутов ° Формула изобретения Рефрактометр, содержащий источник излучения, снетовод для ввода иэлучеsin 8c Ф 1 — < !П„) - Составитель С.Голубев Техред .М.Ходанич Корректор A.Îáðó÷àð Редактор И.Шулла Заказ 3825/39 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 13321 ния, кювету для исследуемой жидкости, чувствительный элемент в виде фокона, размещенный в кювете, световод для вывода излучения и фотоприемник о тЭ 5 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения показателя преломления, в него введен механизм перемещения фокона с измерителем перемещения, при этом оптическая ось фокона перпендикулярна основанию кюветы, а его широкий торец обращен к нему, причем угол aL конусности фокона выби ается из условия 99 6 а диаметры большего d и меньшего d торцов фокона удовлетворяют соотно- ,2 кению — показатель преломления материала фокрна; — минимальный показатель преломления иэ диапазона контролируемых сред, апертурный угол излучения, проходящего через широкий торец фокона.
