Оптоволоконный рефрактометр

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей , при химико-биологических исследованиях , анализах горючего. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения. Чувствительный элемент рефрактометра выполнен в виде передающего и приемного поверхностно-микронеодиородных волоконно-оптических элементов, представляющих собой участки световолокна одинаковой длины со светоотражающими торцами, причем с передающего элемента удалена защитная оболочка и он помещен внутри приемного элемента, представляющего собой трубчатое световолокно, конец которого оборудован днищем. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4724936/25 (22) 26.07.89 (46) 15.08.92. Бюл. N - ЗО (72) А,Н.Литвиненко, А.Ф.Авзалов, A,А.Широков и B.H.Ëàðè÷åâ (56) Авторское свидетельство СССР

М l280502, кл. G 01 N 21/41, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1702258, кл, G 01 и 21/41, 1989. (54) ОПТОВОЛОКОННЫЙ РЕФРАКТОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей, при химико-биологических исследоваИзобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей при химико-биологических исследованиях, анализах горючего.

Известен рефрактометр, содержащий последовательно соединенные источник излучения, волоконйо-оптическую линию передачи информации, измерительный участок, приемник излучения, измерительный участок выполнен в виде поверхностнонерегулярного, изогнутого волоконного световода, Недостатками этого рефрактометра я вляются низкая чувствительность и точность ",т;к. у данного рефрактометра узкий диапазон.измерения (п = 1,3„.1,4), сложность изготовления петлеобразного чувствительного элемента и значительный обьем жидкости, требуемой для анализа, так как чувствительный элемент должен быть полностью погружен в нев.

„„5U„„1755123 А1 ниях, анализах горючего. Цель изобретения — повышение чувствительности и точности определения. Чувствительный элемент рефрактометра выполнен в виде передающего и приемного поверхностно-микронеоднородных волоконно-оптических элементов, представляющих собой участки световолокна одинаковой длины со светоотражающимй торцами, причем с передающего элемента удалена защитная оболочка и он помещен внутри приемного элемента, представляющего собой трубчатое световолокно, конец которого оборудован днищем. 1 табл., 1 ил.

Наиболее близким к изобретению является рефрактометр, который содержит источник излучения, волоконйо-оптический световод, передающий элемент, приемный элемент и приемник излучения.

Приемный и передающий элементы представляют собой поверхностно-микронеоднородные отрезки световоды одинаковой длины, расположенные в горизонтальной плоскости параллельно между собой, направленные навстречу друг другу и смещенные

ОтНОСИтЕЛЬНО ДРУГ ДРУга На РаССТОЯйИИ b = а/tg, где — апертурный угол; а — расстояние между ними.

Рефрактометр работает следующим образом.

Капля исследуемой жидкости помещается между передающими и приемным элементом и растекается по всей длине элементов. Свет от источника через волоконно-оптический световод поступает на передающий элемент. Часть света выходит

1755123

15 поверхность оголенного передающего эле- 20 мента модами, а-только та часть, которая вы25

45

55 разом через торец световода, а остальная часть (вытекающие моды) проходят через исследуемую жидкость, попадает на приемный элемент. При этом количество света, попавшего на приемный элемент зависит от показателя преломления исследуемой жидкости.

Свет из приемного элемента через волоконно-оптический световод попадает вприемник излучения, где и регйстрируется мощность светового потока, которая является функцией показателя преломления исследуемой жидK0I»ти.

Недостатками данного рефрактометра являются низкая чувствительность и точность определения коэффициента преломления, Это обьясняется тем, что в данном рефрактометре через анализируемую жидкость проходит не вся часть светового потока, образованного вытекающими через боковую ходит из передающего элемента в местах контакта его с пленкой жидкости, Или, другими словами, в анализе жидкости "участвует" на более 5-77; светового потока, образованного вытекающими через боковую поверхность оголенного передающего элемента модами.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности определения, Поставленная цель достигается тем, что в оптоволоконном рефрактометре; содержащем последовательно расположенные источник излучения, волоконно-оптический световод с чувствительным элементом, выполненным в виде передающего и приемного поверхностно-микронеоднородных участков световода одинаковой длины и приемник излучения, выходной торец передающего и входной торец приемного элементов вь1полнены светоотража1ощимй, при этом передающий элемент размещен внутри приемного элемента, выполненного в виде трубчатого световолокна.

На чертеже представлена схема оптоволоконного рефрактометра

Рефрактометр содержит источник 1 излучения, волоконно-оптический световод 2. передающий элемент 3, приемный элемент

4, приемник излучения 5. Торцы 6 элементов 3, 4 выполнены светоотражающими, Передающий элемент 3 снабжен пробкой 7.

Приемный элемент 4 снабжен днищем 8.

Рефрактометр работает следующим обМикронавеска исследуемой жидкости помещается внутри приемного элемента 4, Затем внутрь приемного элемента 4 помещается оголенный участок передающего элемента 3 и крепится пробкой 7. свет от

40 источника света 1 через волоконно-оптический световод 2 поступает на передающий элемент 3, Вытекающий через рабочую поверхность передающего элемента свет (вытекающие моды) проходит через исследуемую жидкость, попадает на приемный элемент 4, При этом количество света, попавшего на приемный элемент 4, зависит от показателя преломления исследуемой жидкости. Свет от приемного элемента 4 через часть 9 волоконно-оптического световода попадает в приемник излучения 5, где и регистрируется мощность светового потока, которая является функцией показателя преломления исследуемой жидкости.

Пример, Для изготовления рефрактометра было выбрано трубчатое волокно и оптоволокно с диаметром сердцевины 600 мкм, передающий и приемный элементы имели длину 30 мм, расстояние между волокнами составило 0,5 мм. В качестве источника излучения в лабораторной модели применили гелий-неоновый лазер, приемника излучения — ваттметр поглощаемой мощности. При изготовлении действующих приборов рекомендуется использовать в качестве источника излучения полупроводниковые лазеры на основе арсенида гелия, в качестве приемника излучения - фотодиоды.

Для определения коэффициента преломления был составлен калибровочный график, Для построения графика использовались эталонные жидкости, характеристики которых показаны в таблице.

В данном рефрактометре используется явление частичного нарушения полного внутреннего отражения на границе передающей элемент (сердечник световолокна)— окружающая среда. Если окружающей средой для передающего элемента является воздух с показателями преломления пв = 1, то на его боковой поверхности имеет место полное внутреннее отражение света. При соприкосновении боковой поверхности передающего элемента (сердечника световолокна) с жидкостью условия полного внутреннего отражения сильно изменяются синус и редел ь ного угла падения увеличивается в и® раз, где п — показатель преломлейия жидкости.

Световой поток, образованный вытекающими через боковую поверхность передающего элемента модами, передается в приемный элемент в зависимости от коэффициента преломления жидкости.

Формула изобретения

Оптоволоконный рефрактометр, содержащий последовательно расположенные источник излучения, волоконно-оптический световод с чувствительным элементом, вы: 1755123

Составитель Ю.Гринева

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор M.Òîâòèí

Заказ 2886 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат" Патент",г.Ужгород,уд. Гагарина,101 палненным в виде передающего и приемного поверхностно-микронеоднородных участков световода одинаковой длины; и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительно- 5 сти и точности определения, выходной торец передающего и входной торец приемного элементов выполнены светоотражающими, при этом передающий элемент размещен внутри приемного элемента, выполненного в виде трубчатого световолок-, на.