Поляризационный способ измерения разности показателей преломления и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к поляризационной дифференциальной рефрактометрии, позволяет упростить схему измерения, выполнить ее более экономичной и повысить точность измерения. Устройство измерения разности показателей преломления содержит источник линейно-поляризованного излучения, оптический призменный блок с тремя призмами 2,3,4 и зазорами 5,6 между средней 3 и крайними призмами, служащими емкостями для исследуемых жидкостей, и анализатор-регистратор. Нормали контактирующих граней средней призмы не расположены в одной плоскости. Зазоры 5,6 между призмами 2,3 и 3,4 заполняют исследуемыми жидкостями, одна из них имеет известный коэффициент преломления.Исследуемые вещества расположены последовательно друг за другом. Плоскость поляризации исходного излучения на входную грань призмы 2 расположена под углом α, предпочтительно 45^o, по отношению к первой плоскости падения. Плоскости падения луча на вещества взаимно перпендикулярны. Свет, пройдя призменный блок, попадает на поляризационный анализатор-регистратор, фиксирующий изменение азимута поляризации света, позволяющее определить разность показателей преломления веществ. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к поляризационной рефрактометрии.

К известным устройствам и способам измерения показателей преломлений исследуемых веществи, в частности жидкостей,относится конструкция рефрактометра И РФ54, содержащая источник света, две контактирующие призмы, в зазоре между которыми размещена исследуемая жидкость, две призмы Амичи - компенсаторы, состоящие из трех призм, имеющих разные сорта стекол, подобранных таким образом, чтобы желтые лучи проходили через систему призм, не меняя своего направления, а лучи красного конца спектра отклоняются на некоторый угол в сторону от направления желтых лучей, а зелные, синие и фиолетовые лучи в противоположную сторону на различные углы в зависимости от длины волны [1] Способ измерения заключается в следующем.Свет от источника должен падать на входную грань осветительной призмы под углом, близким предельному углу полного внутреннего отражения, т. е. стелющийся луч. Свет, пройдя измеряемые слои жидкости, измерительную призму, компенсаторы, попадает в анализаторы-регистратор /зрительную трубу/, в котором фиксируются значения измерения.

Недостатками такого способа измерения и конструкция устройства, осуществляющего этот способ, являются сложная схема измерения и конструкция устройства, невысокая точность измерении, неудобство работы, необходимость всесторонней проверки компенсатора и шкалы для обеспечения процесса измерении, необходимость тщательного подбора призм Амичи по известному коэффициенту преломления, чтобы в поле зрения наблюдателя не было размытости спектральной полосы из-за резкой границы светотени.

Наиболее близким решением является способ измерения разнести показателя преломления[2] Схема содержит систему, обеспечиваемую плоскополяризованный пучок света, поляризационный элемент, разделяющий излучение на два когерентных пучка равной интенсивности, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, на пути пучков помещаются две кюветы со сравниваемыми веществами: исследуемым веществом и веществом, показатель преломления которого известен. Разность хода, вводимая этими веществами,определяется по известной формуле, сведение пучков осуществляется с помощью второго поляризующего элемента, световые пучки после второго поляризующего элемента дают эллиптическую поляризованную волну, поэтому, чтобы получить плоскополяризованную волну, в схему ставят четвертьволновую пластинку, чтобы измерить полученные отклонения азимута поляризации в результате разности показателей преломления, используется поляризационный анализатор-регистратор.

Недостатками способа измерения разности показателя преломления устройства для его осуществления являются: усложненная схема измерения, в которой использованы объемные сложные призменные поляризационные элементы, выполненные из кристалла, необходимость использования дополнительных оптических элементов для пространственного разведения и сведения оптических лучей, проходящих через кюветы, т.е. вносят дополнительные действия по преобразованию излучения, что к тому же удорожает и делает данную схему измерения сложной и неэкономичной как по конструкции, так и по методике измерения.

Техническим результатом от использования изобретения является упрощение конструкции и схем измерения.

Этот результат достигается тем, что в поляризационном способе измерения разности показателя преломления, основанном на пропускании линейно-поляризованного излучения через исследуемые вещества, одно из которых является образцам сравнения, и регистрации азимута поляризации с последующим определением искомой разности показателей преломления, образец сравнения и исследуемое веществе устанавливают последовательно по ходу луча и ориентируют их таким образом, что плоскости падения луча на плоскую поверхность образца сравнения и исследуемого вещества взаимно перпендикулярны, а плоскость поляризации исходного излучения располагают под углом α предпочтительно 45^o, по отношению к первой плоскости падения, а в устройстве для измерения разности показателя преломления жидких и газообразных веществ, содержащем источник линейно-поляризованного излучения, кюветы выполнены в виде оптического блока, состоящего из тр х призм, последовательно расположенных по ходу оптического луча с зазорами, служащими емкостями для образца сравнения и исследуемого вещества, смежные грани соседних призм попарно параллельны, входная и выходная грани призменного блока перпендикулярны оптическому лучу, причем плоскость, в которой расположены нормали первой призмы, перпендикулярна плоскости, в которой расположены нормали третьей призмы.

Поляризационный способ измерения разности показателей преломления осуществляется с помощью устройства, содержащего последовательно расположенный источник линейно-поляризованного излучения 1(фиг.1), оптический /призменный/ блок, выполненный в виде трех призм 2,3,4 с зазорами 5,6 между контактирующими призмами 2,3 и 3,4, составляющими кюветы, в которые помещают исследуемые вещества с известным /образцом сравнения/ и неизвестным коэффициентами преломления, а также анализатор-регистратор 7, с помощью которого можно измерить результаты разности показателя преломления, призмы 2,3,4 установлены так, что плоскость, в которой расположены нормали первой призмы 2,перпендикулярна плоскости, в которой расположены нормали третьей призмы, смежные грани соседних призм 2,3 и 3,4 попарно параллельны, входная и выходная грани призменного блока перпендикулярны оптическому лучу (фиг.3).

Работа устройства заключается в следующем. Свет от источника 1 (фиг.1) линейно поляризован и ориентирован относительно осей координат прибора, где ось Z оптическая ось прибора, с азимутом поляризации равным 45^o (фиг.2) падает на призменный блок, проходит первую призму 2 и исследуемее вещество с известным коэффициентом преломления образец сравнения, размещенное в зазоре 5 между контактирующими гранями призм 2 и 3. Электрический вектор волны E имеет составляющие, направленные по координатам X и Y E_s и E_p. Где E_s составляющая вектора E расположена в плоскости падения, E_p -составляющая вектора E расположена в ортогональной плоскости, световая волна проходит через исследуемое вещество, расположенное в зазоре 6 между контактирующими гранями призм 3, 4. У исследуемого вещества коэффициент преломления неизвестен, составляющие E расположены по осям координат E_x и E_y. При прохождении световой волны через исследуемые вещества составляющая вектора E_x определяется совокупностью преобразований E_p и E_s, а составляющая вектора E по координате Y-E_y определяется совокупностью преобразовании E_s и E_p. Таким образом каждая пространственная направляющая вектора E на входе анализатора подвергается двум аналогичным преобразованиям, выполненными в разном порядке. Если оба вещества в кюветах имеют одинаковый показатель преломления, регистратор измерении покажет 0. Ели между образцом сравнения и исследуемым веществом имеются различия в показателях преломления, то регистратор измерения, служащий, например, для сравнения определения азимута поляризации световой волны, выдает результат, чем больше разность показателем преломления, тем больше изменение азимута поляризации света, прошедшее через призменный блок с веществами, следовательно, согласно данному способу,исследуемые вещества, одно из которых имеет известный показатель преломлении, устанавливают последовательно по ходу оптического луча /ось 0/ и ориентируют их таким образом, что плоскости падения луча на плоскую поверхности образца сравнения и исследуемого вещества взаимно перпендикулярны, а плоскость исходного излучения располагают под углом a предпочтительнее 45^o по отношению к первой плоскости падения.

Используя поляризационный способ измерения разности показателя преломления и устройство для его осуществления по сравнению с прототипом, можно упростить схему измерении, т.к. уменьшено количестве элементов в оптической схеме, уменьшено количество действий по преобразований излучения. Изобретения являются более экономичными, т.к. в качестве поляризационных элементов можно поставить поляроиды, избежав установки сложных дорогостоящих призм из кристалла.Данная схема измерения также повышает точность измерении, т.к. нет влияния разности поглощений исследуемых веществ.Прибор более компактен,способ быстрый по времени измерения, обладает высокой точностью, опробован на макете, показал хорошие результаты, т.е. промышленно применим, при использовании в устройстве призменного блока оригинального до конструкции возможна организация дифференциальных измерения показателя преломления заявляемым способом и на базе серийных поляриметров.

Формула изобретения

1. Поляризационный способ измерения разности показателей преломления, основанный на пропускании линейно поляризованного излучения через исследуемые вещества, одно из которых является образцом сравнения, и регистрации азимута поляризации с последующим определением искомой разности показателей преломления, отличающийся тем, что образец сравнения и исследуемое вещество устанавливают последовательно по ходу луча и ориентируют их так, что плоскости падения луча на плоские поверхности образца сравнения и исследуемого вещества взаимно перпендикулярны, а плоскость поляризации исходного излучения располагают под углом α, предпочтительно 45^o, по отношению к первой плоскости падения.

2. Устройство для измерения разности показателей преломления жидких и газообразных веществ, содержащее источник линейно поляризованного излучения, кюветы для образца сравнения и исследуемого вещества и регистратор, отличающееся тем, что кюветы выполнены в виде оптического блока, состоящего из трех призм, последовательно расположенных по ходу оптического луча с зазором, служащими емкостями для образца сравнения и исследуемого вещества, смежные грани соседних призм попарно параллельны, входная и выходная грани призменного блока перпендикулярны оптическому лучу, причем плоскость, в которой расположены нормали первой призмы, перпендикулярна плоскости, в которой расположены нормали третьей призмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3