Устройство измерения показателя преломления

Авторы патента:

Симонов Максим Андреевич (RU)

Греков Михаил Владимирович (RU)

Заренбин Алексей Владимирович (RU)

Дианов Евгений Михайлович (RU)

Васильев Сергей Александрович (RU)

Медведков Олег Игоревич (RU)

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

Владельцы патента RU 2506568:

Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-Фотоника" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") (RU)
Учреждение Российской академии наук Научный центр волоконной оптики РАН (НЦВО РАН) (RU)

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.

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

Известен способ изготовления датчика измерения показателя преломления и чувствительного элемента измерения показателя преломления (CN 101871886 А). В способе изготовления датчика индекса показателя преломления золотая пленка является покрытием по окружной поверхности наклонной волоконной решетке Брэгга за счет использования метода ионного распыления покрытия пленки. Решетку освещают поляризованным светов, затем через демодулятор отправляют на компьютер для пересчета длины волны Брэгга в показатель преломления среды. Как известно, на волоконную решетку Брэгга сильное влияние оказывает внешние воздействия -изменение температуры, наличие вибраций или деформаций. Таким образом процесс внедрения такого датчика затруднителен, из-за сильного влияния внешних воздействий.

Известно устройство измерения показателя преломления (JP 59015841 А). Используя волоконно-оптический мультиплексор в волокно вводят определенное количество света на разных длинах волн, свет отражается от торца и, проходя через демультиплексор, регистрируется приемным устройством. Исходя из уровня отраженного сигнала на каждой длине волны рассчитывается показатель преломления в локальной точке измерения. Недостатком данного способа измерения является отсутствие измерения опорного сигнала, что существенно усложняет определение показателя преломления, снижает точность и увеличивает стоимость прибора из-за применения дорогостоящих комплектующих. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изготовления многоканальной модификации.

Известно устройство измерения показателя преломления (WO 8203460). Щуп в виде торца одного или нескольких оптических волокон позволяет выполнить измерение сигнала, отраженного от границы раздела торца оптического волокна и измеряемой среды, при этом показатель преломления оптического волокна должен быть выше показателя преломления измеряемой среды, в соответствии с формулой Френеля. Недостатком данного устройства является маленькая рабочая площадь и низкий показатель преломления щупа, из-за использования торца волокна, в качестве щупа, в результате чего возникают погрешности при измерениях показателя преломления в средах содержащих нерастворенные частицы.

Задачей заявляемого изобретения является создание простого в исполнении устройства измерения показателя преломления со световым диаметром торца щупа, превышающем световой диаметр волоконного световода и высоким показателем преломления для реализации многоточечного непрерывного измерения веществ, таких как: жидкости, пасты, гели, мелкодисперсные порошки и т.п.вещества.

Данная задача решается созданием устройства измерения показателя преломления, которое состоит, по меньшей мере, из одного щупа-зонда соединенного с регистрирующим модулем посредством оптического световода, что позволяет получать информацию о состоянии той или иной точки измерения в кратчайшее время. Это позволяет подключать к регистрирующему блоку различного рода исполнительные устройства сигнализации и оповещения. При этом щуп-зонд может быть выполнен разными способами: с использованием керамической ферулы, выполняющую роль оправы световода и плоско-выпуклой линзы из материала с высоким показателем преломления, плоская поверхность которой отклонена от перпендикуляра к основанию на угол, обеспечивающий исключение обратного отражения, выпуклая поверхность которой имеет радиус кривизны, обеспечивающий попадание светового потока на границу раздела двух сред перпендикулярно; или с использованием плоско-выпуклой линзы из материала с высоким показателем преломления для обеспечения перпендикулярности направления отраженного пучка света от раздела сред линза - измеряемое вещество; или с использованием волоконно-оптического коллиматора для расширения светового пучка, после которого располагается призма из материала с высоким показателем преломления с углами между основаниями, обеспечивающими отражение светового потока от границы двух сред перпендикулярно; или в виде волоконного световода из материала с высоким показателем преломления с конвертером поля моды, который представляет собой адиабатическое расширение диаметра поля моды в направление выходного торца имеющего перпендикулярный скол.

В частности щуп-зонд может быть выполнен с использованием чувствительного к температуре элемента, который выполнен в виде термо-ЭДС, терморезистора, волоконной решетки Брэгга.

Технический результат достигается тем, что, благодаря применению описанного выше щупа-зонда для измерения показателя преломления, достигается возможность реализовать прецизионные многоточечные дистанционные и непрерывные измерения показателя преломления как оптически прозрачных, так и оптически непрозрачных жидкостей, паст, гелей, мелкодисперсных порошков и т.п. веществ.

Фигура 1 - схема устройства для измерения показателя преломления.

Фигура 2 - распределение света на границе раздела «щуп-зонд/раствор».

Фигура 3, Фигура 4, Фигура 5 - схемы щупа-зонда, выполненного разными способами.

Устройство для измерения показателя преломления (Фиг.1) состоит из щупов-зондов 6, регистрирующего модуля 1, включающего в себя: источника света 2, светораспределительную систему 3, фотоприемники 4 и 5, при этом: от источника посредством оптического волокна свет попадает в светораспределительную систему, где происходит его деление на опорную 7 и измерительную 8 составляющие, при этом опорная составляющая посредством оптического волокна попадает на фотоприемник 4, а измерительная поочередно проходит через все щупы-зонды 1, отражается (Фиг.2) от границы 21 «щуп-зонд (1)/раствор (22)» и посредством оптического волокна через светораспределительную систему попадает на фотоприемник 5.

Щуп-зонд необходим для того, чтобы максимально повысить разницу показателей преломления с измеряемой средой, а так же максимально увеличить световой диаметр торца щупа. Конструктивно он может быть выполнен разными способами:

1. С использованием волоконно-оптического коллиматора 31 для расширения светового пучка, после которого располагается призма 32 из материала с высоким показателем преломления с углами между основаниями, обеспечивающими отражение светового потока от границы двух сред перпендикулярно (Фиг.3).

2. С использованием керамической ферулы 41, выполняющую роль оправы световода 42 и плоско-выпуклой линзы 43 из материала с высоким показателем преломления, плоская поверхность которой отклонена от перпендикуляра к основанию на угол, обеспечивающий исключение обратного отражения, выпуклая поверхность которой имеет радиус кривизны, обеспечивающий попадание светового потока на границу раздела двух сред перпендикулярно (Фиг.4).

3. С использованием плоско-выпуклой линзы 43 из материала с высоким показателем преломления для обеспечения перпендикулярности направления отраженного пучка света от раздела сред линза - измеряемое вещество (Фиг.5).

Показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т.е. и от температуры вещества. Вследствие этого в зонд помещается элемент, чувствительный к температуре, который может быть выполнен в виде термо-ЭДС, терморезистора, волоконной решетки Брэгга.

Все компоненты в зависимости от конкретного применения устройства могут иметь различные рабочие длины волн в диапазонах: 850 нм, 1270-1330 нм, 1500-1600 нм.

1. Устройство измерения показателя преломления, состоящее, по меньшей мере, из одного щупа-зонда, соединенного с регистрирующим модулем посредством оптического световода, при этом щуп-зонд выполнен с использованием керамической ферулы, выполняющей роль оправы световода, и плоско-выпуклой линзы из материала с высоким показателем преломления, плоская поверхность которой отклонена от перпендикуляра к основанию на угол, обеспечивающий исключение обратного отражения, выпуклая поверхность которой имеет радиус кривизны, обеспечивающий попадание светового потока на границу раздела двух сред перпендикулярно, или с использованием плоско-выпуклой линзы из материала с высоким показателем преломления для обеспечения перпендикулярности направления отраженного пучка света от раздела сред линза - измеряемое вещество, или с использованием волоконно-оптического коллиматора для расширения светового пучка, после которого располагается призма из материала с высоким показателем преломления с углами между основаниями, обеспечивающими отражение светового потока от границы двух сред перпендикулярно, или в виде волоконного световода из материала с высоким показателем преломления с конвертером поля моды, который представляет собой адиабатическое расширение диаметра поля моды в направление выходного торца, имеющего перпендикулярный скол.

2. Устройство измерения показателя преломления по п.1, отличающееся тем, что щуп-зонд выполнен с использованием чувствительного к температуре элемента, который выполнен в виде термо-ЭДС, терморезистора, волоконной решетки Брэгга.

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.

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.

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 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.

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

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.

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.

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 просмотра и анализа результатов диагностики на основе дифракции // 2321842

Изобретение относится к области детектирования аналитов в среде. .

Видеорефрактометр // 2315286

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению показателя преломления жидкостей, газов, стекол и других прозрачных сред. .

Бортовое устройство оценки качества топлива // 2531657

Изобретение относится к области исследования или анализа веществ и материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к рефрактометрическим датчикам оценки качества топлива. Устройство содержит источник оптического излучения, первый отрезок оптического волокна, помещаемый в канал подачи топлива, и первый фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов. Первый отрезок оптического волокна состоит из сердцевины, внутри которой сформирована внутриволоконная решетка, оболочки и защитного покрытия, отсутствующего в зоне внутриволоконной решетки. В устройство дополнительно введены разветвитель, второй отрезок оптического волокна, аналогичный первому, с частично вытравленной оболочкой в зоне внутриволоконной решетки, и помещаемый в канал подачи топлива параллельно первому отрезку оптического волокна, и второй фотоприемник. Выход источника оптического излучения соединен со входом разветвителя, выходы которого через первый и второй отрезки оптических волокон соединены соответственно с входами первого и второго фотоприемников, а выход второго фотоприемника соединен со вторым входом блока обработки сигналов. Технический результат - повышение точности оценки качества топлива. 3 ил.

Способ определения показателя преломления частиц, образующих многослойную упорядоченную структуру (варианты) // 2550159

Изобретение может быть использовано для определения показателя преломления вещества частиц, образующих упорядоченные многослойные дисперсные структуры, такие как фотонные кристаллы и коллоидные кристаллы. Способ заключается в помещении структуры в среду с известным спектром показателя преломления, нахождение длины волны λPBG, на которой имеет место минимум коэффициента когерентного пропускания минимума фотонной запрещенной зоны (ФЗЗ) и его значения TPBG. Определенными значениями показателя преломления частиц считаются такие значения показателя преломления частиц, при которых совпали 1) спектральные положения, 2) спектральные положения и значения экспериментальных и рассчитанных минимумов коэффициента когерентного пропускания фотонной запрещенной зоны. Изобретение обеспечивает определение показателя преломления частиц, образующих упорядоченные трехмерные дисперсные структуры. 2 н.и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения оптического метаматериала и устройство для его реализации // 2551265

Изобретение относится к получению и исследованию метаматериалов, в частности к оптической диагностике материалов с отрицательным показателем преломления. В способе определения оптического метаматериала, включающем падение коллимированного светового пучка под углом на пластинку исследуемого материала, на обе ее поверхности наносят диэлектрические и непрозрачные для светового пучка покрытия, при этом световой пучок проходит внутрь пластинки через входное окно, соизмеримое с толщиной пластинки и выполненное по центру в одном из покрытий. По положению выходного светового пучка относительно нормали к границе раздела сред в точке падения определяют принадлежность пластинки к метаматериалу. Способ прост в экспериментальной реализации, технологичен и надежно идентифицирует метаматериал с отрицательным показателем преломления. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Последовательный датчик волнового фронта с большим диоптрийным диапазоном, предоставляющий информацию в реальном времени // 2573179

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта. Устройство выборки включает в себя систему передачи, которая представляет собой 4-F систему передачи. Особенность устройства заключается в расположении сдвигающего элемента - зеркала перед апертурой в пространстве изображения волнового фронта. Технический результат заключается в обеспечении возможности расположения устройства сдвига пучка волнового фронта так, чтобы оно осуществляло полный захват и сдвиг всего пучка для поперечного сдвига передаваемого волнового фронта. 8 н. и 44 з.п. ф-лы, 19 ил.

Способ контроля качества слоев многослойного ленточного сверхпроводника // 2584340

Изобретение используется для контроля качества многослойных сверхпроводников в процессе изготовления. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе изготовления ленточного сверхпроводника исследуемые поверхности облучают световым потоком и регистрируют параметры отраженного светового потока, по которым определяют показатели преломления слоев. Показатели преломления слоев определяют с помощью предварительно полученных тарировочных зависимостей остроты кристаллографической текстуры слоев сверхпроводника от значения показателя преломления. Полученные значения показателей преломления сравнивают с диапазонами значений показателей преломления, обеспечивающими плотность критического тока сверхпроводника не менее 1·106 А/см2. Технический результат: обеспечение возможности мобильным образом с высокой скоростью контролировать качество слоев ленточного сверхпроводника. 1 табл., 5 ил.

Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ малой толщины и небольших размеров // 2615662

Изобретение относится к рефрактометрам. Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ образцов с толщиной 0,2-1 мм. и размером 5-12 мм, содержит: блок со сменными лазерными диодами, излучающими в диапазоне длин волн 400-1100 нм, устройство для формирования узкого пучка лучей шириной от 60-120 мкм, образец в виде плоскопараллельной пластины, дополнительный прозрачный оптический элемент, установленный с исследуемым образцом под одним и тем же углом падения, систему регистрации величины смещения светового луча, представляющую собой ПЗС-матрицу с разрешением 2592х1944 пикселей и больше. Технический результат заключается в сокращении времени и увеличении точности измерений показателя преломления света. 3 ил.

Способ и устройство для измерения волнового фонда офтальмологического устройства // 2626999

Изобретение относится к области для измерения физических свойств контактных линз. В заявленном устройстве для измерения волнового фронта офтальмологического устройства и способе, реализующем заявленное устройство, производят выравнивание системы волнового фронта офтальмологической линзы, содержащей устройство для измерения физической характеристики офтальмологического устройства, выполняют оптическое измерение оптической оправки и хранение этого измерения интенсивности оптической оправки в качестве справочного файла интенсивности. Далее выполняют оптическое измерение оптической оправки с линзой, которая сформирована на ней, и сохранение файла этой интенсивности, используя программное обеспечение в процессоре, способном вычитать один файл интенсивности из, по меньшей мере, одного другого файла интенсивности для получения значения оптического волнового фронта линзы в режиме реального времени. Технический результат – повышение скорости получения точных измерений сухих контактных линз разовыми оптическими измерениями в режиме реального времени. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала // 2629695

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов. Предлагается способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим их расчетом. При этом предварительно спрессованный нано- или ультрадисперсный порошок помещают в воздушную среду и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ на воздухе, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе (n1), после чего помещают исследуемый спрессованный материал в оптически прозрачную иммерсионную жидкость, обеспечивающую отсутствие химического взаимодействия и хорошую смачиваемость исследуемого материала, и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ в иммерсионной жидкости, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости (n2), после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка. Данное изобретение позволяет обеспечить возможность определения показателя преломления веществ, изначально находящихся в высокодисперсном порошковом состоянии. 1 ил.

Способ определения показателя преломления монохроматической поверхностной электромагнитной волны инфракрасного диапазона // 2629928

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения показателя преломления монохроматической поверхностной электромагнитной волны инфракрасного диапазона. Способ включает в себя генерацию волны на плоской поверхности образца, размещение на пути волны плоского зеркала, отражающая грань которого наклонена относительно нормали к поверхности образца в сторону направления распространения волны, регистрацию отраженного зеркалом излучения и расчет показателя по результатам измерений. Регистрацию излучения осуществляют на поверхности образца. Зеркало размещают в плоскости, не содержащей нормаль к плоскости падения излучения. При проведении измерений плавно увеличивают от нуля угол α между нормалью к плоскости образца и зеркалом, фиксируют такое его значение α*, при котором интенсивность регистрируемого излучения обнуляется. Величину показателя рассчитывают по формуле: Технический результат заключается в уменьшении продолжительности и трудоемкости измерений. 3 ил.

Способ определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра // 2634094

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра. Способ включает в себя возбуждение зондирующим пучком поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) на плоской поверхности металлического образца, измерение длины распространения ПЭВ и определение ее фазовой скорости, расчет комплексного показателя преломления ПЭВ по означенным ее характеристикам и определение диэлектрической проницаемости металла путем решения дисперсионного уравнения ПЭВ для волноведущей структуры, содержащей поверхность образца. При проведении измерений на поверхность предварительно наносят однородный слой диэлектрика с известными оптическими постоянными толщиной от сотой до десятой доли длины волны излучения источника. Технический результат заключается в повышении точности измерений.