Рефрактометрическое устройство

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изучении оптически прозрачных неоднородностей в гидродинамике . Цель изобретения - снижение динамической составляющей темпе ратурной погрешности. Устройство состоит из источника света , объектива, световода, непрозрачного ножа и фотоприемника, причем световод выполнен в виде плоско выпуклой линзы, модифицированной таким образом, что на ее боковой поверхности образованы два анализируемых объема, свободно заполняемых участками исследуемой среды и последовательно зондируемых колликированным пучком света, образованным в процессе прохождения света в теле линзы. При этом отклонение светового пучка в одном объеме вычитается из отклонения пучка в другом объеме и результирующее отклонение создает смещение изображения источника света относительно кромки ножа, что и регистрируется фотоприемником по изменению светового потока, прошедшего мимо ножа. 2 ил. о S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

51)5 G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтогскомм свидятапьСтву

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОЬРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

1 РИ ГННТ СССР (21) 4695061/25 (22) 04,04. 89 (46) 30,03 ° 91 Бюл» 1"- 12 (72) . И» Н» Волова,, А»Н, Королев, Э,И,Красовский и.Б В Наумов (53) 535 ° 24 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 920477, кл, G 01 11 21/41., 1980

Авторское свидетельство СССР

У .757944, кл» G 01 N 21/41, 1977» (54) РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть и слол ьз о в ано при и зу ч ени и опти че ски прозрачных неоднородностей в гидродинамике» Цель изобретения - снижение динамической составляющей темпе» ратурной погрешности Устройство состоит из источника света, объектива, Изобретение относится к технической физике, в частности к оптическому приборостроению, и может быть ис пользовано при изучении оптически прозрачных неоднородностей в гидро» динамике, Целью изобретения является повышение точности измерений путем снижения динамической составляющей тем» перат урной по грешности, На фиг»1 приведена оптическая схе» ма предлагаемого устройства; на фиг,2 - ход лучей в оптической схе» ие, Рефрактометрическое устройство содержит последовательно расположен ные источник 1 света, объектив 2, „„SU„„16384 1Ä А 1 световода, непрозрачного ножа и фотоприемника, причем световод выполнен в виде плосковыпукйой линзы, мо» днфицированной таким образом, что на ее боковой поверхности образованы два анализируемых объема, свободно заполняемых участками и сследуемой среды и последовательно зондируемых коллимированным пучком света, образованным в процессе прохождения света в теле линзы, При этом отклонение светового пучка в одном объеме вычитается из отклонения пучка в другом объеме и результирующее отклонение создает смещение изображения источ» ника света относительно кромки ножа, CO что и регистрируется фотоприемником по изменению светового потока, про шедшего мимо ножа. 2 ил световод, выполненный в виде плоско выпуклой линзы 3, и фотоприемник. 4»

Фокальная плоскость линзы совпадает с ее плоской поверхностью 5, на которой расположен участок 6, сопря женный с объективом 2 со светящейся поверхностью источника 1 света, На расстоянии 1 от оптической оси линзы

00 на части плоской поверхности 5, симметричной участку 6, размещен ие прозрачный нож 7. На части плоской поверхно сти 5 в мест е ее пере сечения с оптической осью 00 нанесено зеркальное покрытие 8» Часть боковой поверх ности линзы выполнена в виде плос кости 9, ориентированной параллельно плоскости, проходящей через ось 00 и

1638613 центр источника 1 света, К плоскости

9 прикреплены две оптические призмы !

0 и 11, на поверхности которых, об» ращенных одна к другой, нанесены зер- 5 кальные покрытия 12 и 13» Линии пе ресечения поверхностей, образующих боковые грани призм, и плоскости 9 ! наклонены к направлению, параллельна му оптической оси ОО, на угол f = 10

= 90 - — + 1 где f — фокусное рас о 1

2f а стояние линзы:3, Между плоскостью 9 и выпуклой поверхностью 14 линзы, между плоскостью 9 и плоскостью 5, à f5 также между глоскостью 5 и участком боковой поверхности линзы 3, противолежащим плоскому участку боковой па верхности, образованы соответственно участки плоской поверхности 15, 16 и 20

17, на которые, как и на выпуклую поверхность линзы,14, нанесено отра жающе е по крыти е»

Устройство работает следующим образом, 25

Иэображение источника 1 света

{фиг2) формируется объективом 2 на участке 6 плоской поверхности 5 плос ковыпуклой линзы:3, От участка 6, находящегося в фокальной плоскости лин» 30 эы 3, расходящийся пучок света падает на выпуклую поверхность 14 линзы и, отразившись от нее в виде каллими-.: ованного пучка, падает на плоскую зеркальную поверхность 16» Отразив шись от поверхности 16, пучок падает на участок плоскости 9, ограничиваю щий анализируемый объем среды АО »

Преломившись, пучок проходит па сре де и падает на боковую-грань призмы 40

l0, ограничивающую A01,и, преломив шись на ней, входит в тело призмы и падает на вторую боковую грань приэт. ж, покрытую зеркальным слоем 12, под углом, близким к 90 Отразив- 45

- шись, пучок вновь пересекает боковую грань призмы 10, проходит вторично через анализируемый объем АО, пере секает плоскость 9 и далее в обратном направлении проходит по пути, близ кому к тому, который он прошел в пря мом направлении, Отразившись вторична от зеркальной поверхности 14, параксимальный пучок превращается в сходящийся H образует на зеркальном. покрытии 8 поверхности 5 вблизи точ» ки ее пересечения с оптической осья

00 вторичное изображение источника света, После отражения от зеркального покрытия 8 пучок стано вит ся р асхо дящимся и вновь падает на зеркальную поверхность 14, а затем в виде коллимированного пучка последовательно падает на зеркальные поверхности 17 и 15 и участок плоскости 9, ограничивак ций анализируемый объем

АО, Преломившись на плоскости 9, пучок проходит через среду в объеме

АО, падает на боковую грань второй призмы 11, ограничивающую объем АО „ и, преломившись, падает на зеркальное покрытие 13. этой призмы под углом, близким 90, Отразившись, кол» лимированный,пучок проходит в обратном направлении через боковую грань призмы 11, объем АО, участок поверхности 9, падает последовательно на зеркальные поверхности 15, 17 и

14, После отражения от поверхности

l4 коллиьырованный пучок, превратившись в сходящийся, образует окончательное изображение источника 1 света в плоскости 5 на рабочей грани ножа: 7 Часть пучка, прошедшая мимо ножа 7, падает на фотоприемник

4, где и преобразуется в электрический сигнал»

Образование промежуточного и окончательного изображений на поверхности 5 соответственно вблизи ее пересечения с оптической осью 00 v. на участке с расположенным на нем ножом

7, симметричном изображению, образованному на участке б, осуществляется посредством прикрепления. призм таким образом, чта линии пересечения плоскостей их боковых граней с плоскос тью 9 образуют угол у с направлением, параллельным оптической оси 00, Такое расположение последовательно obразуемых изображений источника света не только конструктивно целесообраэ но для их разделения, но и учитывает необходимость минимизации аберр аций в окончат.ельном изображении при иден» тичной форме границ анализируемых объемов А01 и АО

При изменении показателя преломления среды в АО, или АО пучок, прошедший через них, приобретает допол нительное отклонение. Такое изменение направпекия пучка после прохождения

АО в прямом и обратном направлении вызывает смещение промежуточного изображения на зеркальном покрытии

8 и изменение наклона пучка при его

1б386! 3 падении на границу АО, что приводит при сохранении показателя преломпения среды в АО на прежнем уровне к смещению окончательного изображения на кромке ножа 7 и появлению приращения напряжения на фотоприемнике . 4 °

В случае, когда изменение показателя преломления происходит в равной ме ре в АО, и АО, то дополнительные отклонения пучка в АО, и АОр практически равны по величине, алгебраически складываются и положение окончательного изображения источника света на ноже 7 и соответственно величины напряжения на фотоприемнике 4 не меняются„ Таким образом, величину электрического сигнала определяет разница значений показателя преломления в

АО и АО °

Устройство служит дпя дифференциальных рефрактометрических измерений в динамическом режиме при сканировании поля показателя преломления исследуемой среды путем перемещения устройства в естественной .среде, либо при набегающем потоке среды относительно н е подвиж но r o у ст рой ств а „Для измерения устройство погружают в исследуемую среду, ориентируя анали зируемые объемы в сторону набегающего движения потока Оба объема заполняются средой соответственно месту погружения, а затем происходит ее смена, Вследствие идентичного расположения относительно набегающего потока обращенных к исследуемой. среде анализируемых объемов АО < и АО обеспечивается равенство условий их свобод ного заполнения исследуемой средой при движении, .т е, поток не встречает на пути к анализируемым объемам никаких конструктивных элементов„с которыми возможен теплообмен, и элементы среды сохраняют в момент измерения свою естественную темт ературу в отличие от устройства-прототипа» При заполнении его компенсационной камеры элементы среды соприкасались бы со стенками средства ее транспортировки в камеру Формула изобретения

Pефрактометрическое устройство, содержащее источник света и располо

50 при этом между плоским участком боковой поверхности и выпуклой поверх ностью линзы, между плоским участком боковой поверхности линзы и ее фокальной плоскостью, а также между фокальной плоскостью линзы и участ ком ее боковой поверхности, противо лежащим плоскому участку, к которому прикреплены призмы, сформированы участки плоской поверхности, накло ненные под острым углом к оптической оси линзы, на которые, как и на вы пуклую поверхность линзы, нанесены зеркальные покрытия женные rio ходу луча световод и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения динамичес» кой составляющей температурной погрешности, световод выполнен в виде плосковыпуклой линзы, фокальная IIJIoc кость которой совпадает с ее плоской поверхностью, между источником света и плоской поверхностью линзы размещен объектив, при этом светящаяся поверхность источника света оптически сопряжена с участком плос

l 5 кой поверхности линзы, смещенным на расстоянии 1 от. оптической оси линзы, на части плоской поверхности линзы, симметричной относительно оп". тической оси линзы этому участку, размещен непрозрачный нож, а на час ти плоской поверхности линзы в области пересечения ее с оптической осью нанесено зеркальное покрытие, часть боковой поверхности линзы выполнена плоской и ориентирована параллельно плоскости, проходящей через оптичес кую ось и центр источника света, к плоской части боковой поверхности линзы прикреплены две оптические

30 призмы, на поверхностях которых, об ращенных одна к другой, нанесены зеркальные покрытия, причем линии пересечения пло скостей, образующих боковые грани призм, с боковой плос кой поверхностью линзы параллельны одна другой, а угол между ними и опо 1 тической осью линзы равен 90 — — + 1

2f где f — фокусное расстояние линзы, 163861 3

ФВГ. Г

Составитель;Ю,Гринева

Техред JI,0ëèéíûê Корректор Н.Ревская

Редактор.А,Лежнина.ч

Заказ 924 Тираж 409 Подпи сио е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно"издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101