Видеорефрактометр

Авторы патента:

G01N21/41 - преломляющая способность; свойства, влияющие на фазу, например длину оптического пути (G01N 21/21 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2315286:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственная Фирма "Специальные технологии" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению показателя преломления жидкостей, газов, стекол и других прозрачных сред. Видеорефрактометр состоит из фотоприемника, выполненного в виде телекамеры, на корпусе которой установлены светодиоды 5, расположенные на окружности, центр которой находится на оптической оси телекамеры, регистрирующего устройства 7 и зеркала 6. Телекамера содержит корпус 1, плату электроники 2, ПЗС-матрицу 3 и объектив 4. Зеркало 6 установлено перед телекамерой перпендикулярно ее оптической оси на расстоянии, определяемом по формуле , где n_max - максимальный показатель преломления исследуемой среды, помещаемой между телекамерой и зеркалом; f - фокусное расстояние объектива телекамеры; D - диаметр окружности, на которой установлены светодиоды; d - диаметры светодиодов; М - минимальный размер фоточувствительной области ПЗС-матрицы. Техническим результатом является повышение точности измерений, а также возможность выполнения измерения путем его погружения непосредственно в исследуемые жидкость или газ. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности, для измерения показателя преломления жидкостей, газов, стекол и других оптически прозрачных сред.

Показатель преломления характеризует свойства сред, через границу раздела которых проходит свет, его значение зависит от длины волны света и вычисляется по формуле /1/:

где i и r - соответственно углы падения и преломления света на границе двух сред.

Известен рефрактометр Аббе, содержащий источник света, направляемый на границу двух сред, и зрительную трубу, устанавливаемую под определенным углов к границе сред /2/. Показатель преломления отсчитывается по шкале, связанной с углом поворота зрительной трубы, погрешность измерений не превышает 0,1%.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) служит рефрактометр ИРФ-454Б2М, содержащий источник света, направляемый к границе сред, и приемник света в виде зрительной трубы, устанавливаемой под отсчитываемым углом к границе сред /3/. Он служит для определения показателя преломления жидкости, в частности нефти. Капля исследуемой жидкости вводится в оптическую схему рефрактометра, а показатель преломления определяется по угловому положению зрительной трубы.

Прототип обладает следующими недостатками:

- показатель преломления определяется для небольшого количества жидкости (капля жидкости) и он может отличаться от основной массы жидкости, что служит источником погрешности измерений;

- за время измерений легкие фракции нефти испаряются, что служит дополнительным источником погрешности измерений;

- измерения связаны с перемещением зрительной трубы и визуальным считыванием показаний прибора, что ограничивает точность измерений;

- прототип, ввиду его конструктивных особенностей, не позволяет измерять показатель преломления газов и стекол.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении указанных недостатков путем:

- исключения из конструкции прибора перемещаемых узлов;

- выполнения измерений в автоматизированном режиме;

- выполнения измерений, помимо жидкости, также для газов и стекол.

Для решения этой задачи в предлагаемом видеорефрактометре, содержащем источник света, фотоприемник и регистрирующее устройство, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа фотоприемник выполнен в виде телекамеры с ПЗС-матрицей, источник света содержит не менее трех светодиодов, размещенных на корпусе телекамеры по окружности, центр которой находится на оптической оси телекамеры, кроме того, видеорефрактометр снабжен зеркалом, установленным перед телекамерой перпендикулярно ее оптической оси на расстоянии, определяемом по формуле

где n_max - максимальный показатель преломления исследуемой среды, помещаемой между телекамерой и зеркалом;

f - фокусное расстояние объектива телекамеры;

D - диаметр окружности, на которой установлены светодиоды;

d - диаметры светодиодов;

М - минимальный размер фоточувствительной области ПЗС-матрицы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором в качестве примера изображена схема видеорефрактометра, содержащего 8 светодиодов.

На чертеже изображены: корпус телекамеры 1, плата электроники 2, ПЗС-матрица 3, объектив 4, светодиоды 5, зеркало 6 и видеокадр 7.

Собственно телекамера содержит корпус 1, плату электроники 2 и объектив 4. На корпусе 1 установлены светодиоды 5, расположенные на окружности, центр которой находится на оптической оси телекамеры.

Перед телекамерой перпендикулярно ее оптической оси на расстоянии S, определяемой по приведенной формуле, установлено зеркало 6.

Исследуемая среда (газ, жидкость, стекло) помещается между зеркалом и телекамерой.

Видеорефрактометр работает следующим образом. Свет от светодиодов 5 проходит через исследуемую среду, отражается от зеркала 6 и с помощью объектива 4 фокусируется на ПЗС-матрице 3. В результате в плате электроники 2 на основе сигналов ПЗС-матрицы 3 формируется видеосигнал, содержащий изображения светодиодов 5 в видеокадре 7.

Если между телекамерой и зеркалом 6 будет вакуум, то изображения светодиодов в видеокадре 7, расположатся на окружности минимального диаметра D₀. Если же между телекамерой и зеркалом 6 поместить исследуемую среду, то они расположатся на окружности с большим диаметром D.

Отношение D/D₀ пропорционально искомому показателю преломления исследуемой среды, что и служит основанием для измерений.

Измерения выполняются путем обработки упомянутого видеосигнала в регистрирующем устройстве, не показанном на чертеже, в качестве которого служит компьютер с соответствующей компьютерной программой.

Измерения выполняются в следующей последовательности:

- Видеорефрактометр помещают в среду с известным показателем преломления (например, вакуум с n=1). Определяют и запоминают в компьютере значение D₀.

- Видеорефрактометр погружают в исследуемую среду и определяют искомый показатель преломления этой среды относительно эталонного путем вычислений по формуле:

где k - метрологическая постоянная, определяемая на основе калибровочных измерений.

Результаты экспериментальных исследований макета видеорефрактометра показали возможность выполнения измерений с относительной погрешностью 0,01% и менее.

На основе видеорефрактометра может быть создан ряд приборов для экспресс-анализа нефтепродуктов и иных технологических жидкостей в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Видеорефрактометр, содержащий источник света, фотоприемник и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что фотоприемник выполнен в виде телекамеры с ПЗС-матрицей, источник света содержит не менее трех светодиодов, размещенных на корпусе телекамеры по окружности, центр которой находится на оптической оси телекамеры, кроме того, видеорефрактометр снабжен зеркалом, установленным перед телекамерой перпендикулярно ее оптической оси на расстоянии, определяемом по формуле

где n_max - максимальный показатель преломления исследуемой среды, помещаемой между телекамерой и зеркалом;

f - фокусное расстояние объектива телекамеры;

D - диаметр окружности, на которой установлены светодиоды;

d - диаметры светодиодов;

М - минимальный размер фоточувствительной области ПЗС-матрицы.

Изобретение относится к системам анализа цифровых изображений, в частности к системам представления в цифровых изображениях заслоняемых объектов. .

Способ измерения показателя преломления и устройство для его реализации // 2292038

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к способам и средствам измерения показателя преломления жидких и пастообразных веществ, использующим метод предельного угла, и может быть применено при создании средств измерения как оптически прозрачных, так и оптически непрозрачных жидкостей, паст, гелей, мелкодисперсных порошков и т.п.

Угловой рефрактометр // 2284508

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных измерениях углов в атмосфере. .

Способ исследования пространственных динамических процессов в прозрачных многофазных пористых и зернистых средах // 2279059

Изобретение относится к оптической диагностике пространственных динамических процессов, протекающих в прозрачных многофазных пористых и зернистых средах, и может быть использовано в химической и нефтяной промышленности, инженерной экологии.

Способ определения коэффициента усиления излучения оптическими средами при вынужденном рассеянии мандельштама-бриллюэна // 2264612

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ определения коэффициента нелинейности показателя преломления оптических сред // 2253102

Изобретение относится к области оптики, а именно к определению коэффициента нелинейности показателя преломления оптических сред. .

Способ определения октанового числа автомобильных бензинов // 2231051

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам оценки детонационной стойкости автомобильных бензинов. .

Интерферометр // 2217713

Изобретение относится к измерению оптических характеристик веществ и может быть использовано для оптического детектирования вещественных компонентов. .

Способ определения параметров спектра флуктуаций показателя преломления турбулентной среды // 2216009

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к дистанционным измерениям, и может быть использовано при проектировании лазерных информационных систем и систем доставки лазерного излучения.

Способ определения концентрации многокомпонентных растворов // 2192632

Изобретение относится к области контроля технологических параметров многокомпонентных растворов, а именно концентрации растворов. .

Способ просмотра и анализа результатов диагностики на основе дифракции // 2321842

Изобретение относится к области детектирования аналитов в среде

Устройство крепления и герметизации кварцевой кюветы в рефрактометрическом детекторе для жидкостной хроматографии // 2362143

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в жидкостной хроматографии

Способ определения показателя преломления поверхностной электромагнитной волны инфракрасного диапазона // 2419779

Изобретение относится к оптике конденсированных сред и может быть использовано для определения оптических постоянных твердых тел с отрицательной действительной частью диэлектрической проницаемости

Способ бесконтактного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках // 2450387

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в тонких полупроводниковых пластинках

Обнаружение нарушения фазы света, распространяющегося в оптическом волноводе // 2464542

Способ определения параметров турбулентной атмосферы // 2488095

Изобретение относится к физике атмосферы и может быть использовано при определении структурной характеристики показателя преломления, параметра Штреля и радиуса Фрида

Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ малой толщины и небольших размеров методом параллельного смещения светового луча // 2492449

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для измерения показателя преломления твердых веществ

Способ измерения показателя преломления газовых сред // 2495387

Предлагаемое изобретение относится к оптическим измерениям. Способ измерения показателя преломления газовых сред основан на измерении частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум выбранной моды высокостабильного интерферометра Фабри-Перо, когда межзеркальное пространство заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано. Значение показателя преломления газовой среды определяют отношением измеренных частот в вакууме и в присутствии газовой среды. Технический результат заключается в повышении точности определения показателя преломления газовых сред. 1 ил.

Носитель для оптического детектирования в малых объемах образца // 2502985

Изобретение относится к носителю (11) и устройству (100) для оптического детектирования в образце (1) в камере (2) для образца. Носитель (11) содержит оптическую структуру (50) для преломления входного светового пучка (L1) в прилегающую камеру (2) для образца, а также для сбора выходного светового пучка (L2) из светового излучения, порожденного в камере (2) для образца входным световым пучком. Оптическая структура 50 предпочтительно содержит канавки в поверхности (12) носителя (11), в которых входной световой пучок проходит небольшое расстояние через образец. Оптическая структура 50 может быть также использована для обнаружения увлажнения. Изобретение позволяет уменьшить объем детектирования. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

Устройство измерения показателя преломления // 2506568

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к рефрактометрическим средствам измерения показателя преломления жидких и пастообразных веществ, порошков и т.п. веществ. Устройство измерения показателя преломления содержит по меньшей мере один щуп-зонд, соединенный с регистрирующим модулем посредством световода, при этом щуп-зонд может быть выполнен, например, с использованием керамической ферулы, выполняющей роль оправы световода и плосковыпуклой линзы, или другими способами. Изобретение позволяет создать простое в исполнении устройство для реализации многоточечного непрерывного измерения показателя преломления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.