Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах

 

Сущность изобретения: в способе, заключающемся в освещении капилляра с жидкостью параллельным пучком света, дополнительно освещают капилляр вторым параллельным пучком света, формируют за капилляром интерференционную картину, приводит ее в движение, регистрируют движущиеся интерференционные полосы, по изменению величины периода которых судят о величине показателя преломления жидкости 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтИчFСКИХ

РЕСПУБПИК

is G 01 N 21/45

ГОсудАРстВеннОе пАтентнОГ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4934914/25 (22) 07.05.91 (46) 30.06,93, Бюл. N.. 24 (71) Институт электроники АН БССР (72) О.А. Дорошевич и В,Н. Ильин (56) Шишловский А,А. Прикладная физическая оптика. М.: Физматгиэ, 1961, с, 469.

Там же, с, 486.

Чернов С.M. Жилик К.К., Рабзонов П.Г, Определение показателя преломления жидкостей и газов в капиллярах, -Журнал прикладной спектроскопии, 1982, т. 37, вып, 3, с. 455-459.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к интерференционным способам измерения показателей преломления жидкостей в капиллярах в условиях технологических процессов.

Цель изобретения — повышение точности контроля с одновременным повышением производительности.

На чертеже представлена принципиальная схема реализации способа.

Устройство содержит лазер 1, последовательно установленные за ним коллиматор

2, светоделитель 3 и зеркало 4, закрепленное на пьезодвигателе 5. По обе стороны от светоделителя 3 размещены второе 6 и третье 7 зеркала, повернутые относительно оси лазера 1 на угол + а/4. Оптический капилляр размещен на пересечении оптических осей второго 6 и третьего 7 зеркал, за которым в плоскости иэображения интерференционных картин размещены первый 8., 50„„1824545 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ B КАПИЛЛЯРАХ (57) Сущность изобретения: в способе, заключающемся в освещении капилляра с жидкостью параллельным пучком света, дополнительно освещают капилляр вторым параллельным пучком света, формируют за капилляром интерференционную картину, приводит ее в движение, регистрируют движущиеся интерференционные полосы, по изменению величины периода которых судят о величине показателя преломления жидкости. 1 ил. второй 9, третий 10 и четвертый 11 фотоприемники.

Способ осуществляется следующей сЬвокупностью операций. Формируют дв в когерентных пучка, лежащих в одн ой плоскости и сходящихся друг к другу под некоторым углом а . B этом слуЧае, как известно, пучки интерферируют с образованием интерференционных полос, пространственный период с которых описывается соотношением. е =А/2 sin а/2, где А- длина волны оптического излучения, а — угол сходимости пучков, В зону пересечения пучков помещают оптический капилляр, который действует в данном случае как цилиндрическая линза, получают эа капилляром интерференционную картину и приводят ее в движение. Движущиеся интерференционные полосы регистрируют фотоэлектрическим способом, и по изменению их периода судят об изменении показателя преломления жидкости.

1824545 (2) 60 ) ((1l

6(БеE (6) 1 — (6 S< а/г Не) (1 + Л р/360 ) 30

В плоскости изображения формируются две системы интерференционных полос: центральная и боковая. Период полос цент- 40 ральной интерференционной картины (ИК) функционально связан с г1, (, пз, п, а период полос боковой ИК связан только с ri, r>.

Фиксируя сдвиг фаз Arp> в боковой интерференционной полосе, можно вносить 45 поправку в результат сдвига фаз Ьу центральной интерференционной полосы, т.е, ЛЛр =Ape — Лр и в расчетную формулу (7) вносить скорректированное значение сдвига фаэ. В этом случае на конечный ре- 50 зультат может оказывать влияние только из; менение г . В случае, если жидкость протекает по одному и тому же капилляру, гр можно также считать постоянной величиной. 55

Основная особенность способа заключается в том, что эа счет освещения капилляра вторым пучком, направленным к первому под некоторым углом, в месте пересечения формируется интерференционная картина, которая передается капилляром, действующим в данном случае как цилиндрическая линза, в плоскость анализа (иэображения). Период интерференционной картины Н(, в плоскости иэображения можно найти из выражения

Нк= Ре (1) где P- S/f — коэффициент увеличения оптического капилляра как цилиндрической линзы, S — расстояние от линзы (капилляра) до плоскости иэображения, f — фокусное расстояние, е =А//2 э1п (а/2)-цена интерференционной полосы на стороне объекта, А— длина волны света, а- угол сходимости пучков.

Иэ теории оптических приборов известна формула линзы, которая для двухкомпонентной оптической системы, какой является капилляр (ni — показатель преломления стекла, п — показатель преломления

Переменной величиной в этой формуле является регистрируемый сдвиг фаз Ар, остальные параметры постоянны и могут быть занесены в вычислительное устройство как фиксированные значения. Пусть С >=6S я/Н, С2- (1/r1-1/r2) r>-1/r1J и С = 2п>, С Сг (1 + Л /360 Сз пав

1 — С1 (1 + Л р/360 ) 10

25 жидкости или иного вещества, прозрачного для данной А), запишется следующим образом

1 2(1/r> — 1/гр п — 1 +1/г2 nq-1

f 3/(2 и) + пр) где f — фокусное расстояние, г1 и г — соответственно внешний и внутренний диаметры капилляра (имеют один и тот же знак).

Откуда

6 < (и (1/г1 — 1/г2 — 1/г1) - 2 п1

1 — (1/rz) 6 f

При движении и регистрации интерфе-. ренционных полос определяется изменение их периода Н, выражающееся в появлении сдвига фаз

Дф- 360 (Не-Н()/Нк, (4) где Н6 — эталонное, или номинальное значение шага интерференционных полос. Так как, в свою очередь, fî Se Е/Не (5) то выразив из (4) Не и подставив его значение в (5) и далее в.(3), получим искомую рассчетную формулу

Способ реализован следующим образом.

С помощью оптической схемы, состоящей из лазера 1, коллиматора 2, светоделителя 3 и трех зеркал. первого 4, второго 6 и третьего 7, формируют два сходящихся под углом а друг к другу когерентных пучка, которыми освещают капилляр с исследуемой жидкостью. При пересечении пучки интерферируют. Зеркало 4 колеблется с некоторой частотой (1 кГц) под воздействием пьеэодвигателя 5, питаемого от генератора пилообразного напряжения (на чертеже не показан). Колебания зеркала 4 приводят к изменению разности хода интерферирующих пучков и их движению в плоскости анализа, Фотоприемники 8, 9, 10 и 11, установленные в плоскости иэображения интерференционных полос, регистрируют их; по изменению периода этих полос, выраженному появлением сдвига фаз Ьф; с помощью аналитического выражения (7) находят искомый показатель преломления жидкости и.

8 примере конкретного выполнения реализация способа осуществлялась на установке автоматического управления формообразованием волоконно-оптических элементов. 8 устройство входили лазер

1824545

Составитель О,Дорошевич

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор Н.Коляда

Заказ 2221 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, ул.Гагарина, 101

1 ЛГН-302, коллиматор 6х, светоделитель с коэффициентом пропускания 307. зеркала с внешним покрытием, пьезодвигатель от серийного лазера ЛГ-77, фотоприемники

ФД-256 и блок электроники на базе flFl ЭВМ

ЕС 1840. При значении е - 1 мкм и линейном смещении пьеэодвигателя на величину

L-10 мкм частота интерференционного сигнала составила 10 кГц, т.е. производительность способа составляет 10 000 измерений за секунду, что позволяет контролировать быстро протекающие жидкости. При чувствительности фазовой схемы лучше. чем 0,2О, регистрировались изменения показателя преломления в четвертом и пятом знаке после запятой.

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах, заключающийся в освещении капилляра с жидкостью

5 параллельным пучком света и анализе полученной картины в плоскости изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, освещают капилляр вторым параллельным

10 пучком света под углом к первому пучку, приводят в движение полученную в плоскости изображения интерференционную картину, измеряют изменение величины периода движущихся интерференционных полос, по кото15 рому судят о величине показателя преломления жидкости.