Рефрактометр

 

335585

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнелистнчевкнх

Реоптблнн

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 15.1Х.1970 (№ 1474739/26-25) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

Опубликовано 11.IV.1972. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 6Х.1972

М. Кл. G 01:и 21/46

Комитет по депам наобретвннй н отирцтнй прн Совете Министров

СССР

УДК 535.322.4 (088.8) Авторы изобретения

А. И. Пеньковский, Б. О. Исхаков и А. С. Алмашин

Заявитель

РЕФРАКТОМЕТР

Предлагаемое устройство относится к оптико-механическим приборам и предназначено для непрерывных автоматических измерений коэффициента преломления прозрачных веществ, не обладающих двойным лучепреломлением, например проточных жидкостей или газов.

В известном автоматическом жидкостном рефрактометре для измерения угла отклонения луча света, выходящего из рефрактометрического блока, используются: линзовый компенсатор, связанный с индикатором, дифференциальный фоторези стор, включенный в мост Уинстона, питаемый переменным током, и следящая система, исполнительный двигатель которой механически связан с линзовым компенсатором.

Известное устройство имеет недостатки.

Так, измерение отклонения луча света при помощи дифференциального фотоприемника (как правило, фоторезистора) приводит к ошибкам из-за разбаланса параметров чувствительного слоя (в случае питания фоторезистор а постоянным током) или «небаланса» (в случае включения дифференциального фоторезистора в мост, питаемый переменным током). В фоторезисторах линия раздела между чувствительными слоями имеет значительные размеры (иногда несколько миллиметров), что также снижает точность измерений.

Кроме того, быстродействие известного устройства невысокое, а динамическая характеристика его следящей системы требует улучшения.

5 С целью повышения точности измерений и улучшения динамических характеристик рефрактометра формирователь плоскополяризованного света и модулятор состояния поляризации, преобразующий линейно-поляризован10 ный свет в циркулярно-поляризованный с периодической сменой направления циркуляции, установлены перед рефрактометрическим блоком, а после этого блока дополнительно установлена четвертьволновая пластинка, направ15 лсния главных осей которой составляют угол

45 с плоскостями пропускания половинок анализатора.

Поскольку при этом на фотоприемник падает поляризованный свет с разной ориента20 цией плоскостей поляризации, что может вызвать погрешность измерений, рационально непосредственно перед фотоприемником установить фазовую пластинку, например четвертьволновую, главные оси которой составля25 ют угол 45 с плоскостями поляризации падающего на фотоприемник света.

С целью упрощения юстировки, упрощения конструкции и устранения влияния изменения ориентации плоскости поляризации, рацио30 íà IbHQ четвертьволновую пластинку закреп335585 лять совместно с анализатором (например, заклеивать совместно между двумя защитными стеклами). Четвертьволновая пластинка может быть выполнена из двух примыкающих друг к другу половинок с разной ориентацией главных осей, линия раздела между которыми перпендикулярна направлению отклонения луча, а плоскость пропускания поляризатора составляет угол 45 с каждой половинкой четвертьволновой пластинки.

На чертеже изображена принципиальная схема предложенного рефрактометра.

Рефрактометр содержит формирователь монохроматического, плоскополяризованного, параллельного пучка света, состоящий из источника света 1, конденсора 2, светофильтра 8„ объектива 4, диафрагмы 5 и линейного поляризаторор а б. 3 а поляризатором по ходу луча установлен модулятор 7 состояния поляризации, например вибрационный, выполненный в виде двух примыкающих друг к другу половинок А и Б четвертьволновой пластинки из слюды, главные оси которых составляют угол 45 по отношению к линии раздела половинок (например, вертикальной) . Половинки совершают колебания в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, например, с помощью плоской пружины.

Вибрационный модулятор 7 содержит электрические контакты 8, периодически замыкающиеся синхронно движению половинок четвертьволновой пластинки.

Пройдя через модулятор, пучок попадает на рефрактометрический блок 9 и установленную за ним неподвижно (например, наклеенную на выходное окно рефрактометрического блока) четвертьволновую пластинку 10, например слюдяную.

Для компенсации отклонения луча, вызванного изменением коэффициента преломления исследуемого вещества, в устройство введен компенсатор 11, за которым неподвижно установлен анализатор 12, выполненный из двух примыкающих друг к другу поляризационных элементов В и Г с разной ориентацией плоскостей пропускания, например, взаимно перпендикулярной, линия раздела между которыми, играющая роль нуль-пункта, перпендикулярна направлению отклонения луча.

Непосредственно за анализатором 12 установлена линза 18, в фокусе которой расположен фотоприемник 14, являющийся составной частью системы наведения и регистрации, включающей в себя избирательный усилитель

1б, фазовый детектор 1б, модулятор 17, усилитель мощности 18, исполнительный реверсивный двигатель 19, связанный с компенсатором

ll и регистрирующим прибором 20.

Устройство работает следующим образом.

Сформированный элементами 1 — б узкий, например, в виде вертикальной плоскости, монохроматический, плоскополяризованный пучок света падает в центр модулятора 7.

После включения возбуждения модулятора плоскополяризованный пучок света проходит

З0

65 поочередно через его половинки А и Б, имеющие равную ориентацию главных осей, кажа дая из которых дает сдвиг фаз — .

После модулятора 7 поляризация изменяется, пучок света становится циркулярно-поляризованным с периодической сменой направления циркуляции.

Далее пучок света проходит через рефрактометрический блок 9 и падает на четвертьволновую пластинку 10, главные оси которой составляют угол 45" с плоскостями пропускания В и I анализатора 12.

После пластинки 10 пучок света снова становится плоскополяризованным с периодической сменой ориентации плоскости поляризации, которая зависит от направления циркуляции падающего на нее пучка света, и через компенсатор 11 направляется на анализатор

12, а затем через линзу 18 — на фотоприемник 14.

Пропускание анализатора зависит как от ориентации плоскости поляризации падающего на него света, так и оттого, на какую из его половинок падает свет.

В тот момент времени когда плоскость поляризации падающего пучка света горизонтальна, на фотоприемник 14 попадает только та часть пучка света, которую пропускает половинка I анализатора 12, когда же плоскость поляризации падающего пучка света вертикальна — только та часть пучка, которую пропускает половинка В анализатора 12.

В случае равенства показателей преломления исследуемого и эталонного вещества в рефрактометрическом блоке 9 луч света не отклоняется, падает на линию раздела половинок анализатора 12, делится ею пополам, и по фотоприемнику проходит постоянный ток (ток баланса).

При изменении коэффициента преломления исследуемого вещества выходящий из .рефрактометрического блока луч отклоняется от исходного направления и полностью или большая часть его падает на одну из половинок анализатора 12. Ьлагодаря этому в равные моменты времепп анализатор пропускает разное количество свста, что приводит к появлению переменной составляющей сигнала фотоприемника, фаза которой зависит оттого, на какую из половинок анализатора 12 падает больше света (т. е. куда сместится луч).

Переменная составляющая фотоприемника

14 усиливается избирательным усилителем 15, настроенным на частоту возбуждения модулятора 7, и подается, например, на ключевой фазовый детектор 1б, где сопоставляется с фазой колебаний модулятора 7.

Получаемый из фазового детектора 1б сигнал, например, в виде постоянного тока, полярность которого зависит от фазы перемен335585

Предмет изобретения

Составитель В. Зверей

Техред Т. Курилко

Редактор Т. Орловская

Корректоры: E. Давыдкина и А Николаева

Заказ 1284!13 Изд. Кз 489 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, и Сапунова, 2 ной составляющей сигнала фотоприемника 14, модулируется модулятором 17, например, с частотой сети, усиливается усилителем мощности 18 и подается на управляющую обмотку реверсивного двигателя 19, Обмотки двигателя включены так, что при разбалансе двигатель, вращаясь, перемещает компенсатор 11 до тех пор, пока отклонившийся луч не возвратится на линию раздела половинок анализатора. При этом из сигнала фотоприемника исключается переменная составляющая, и по фотоприемнику пойдет только ток баланса, двигатель 19 остановится, а на регистрирующем приборе 20 можно прочесть новое значение коэффициента преломления исследуемого вещества.

Предлагаемый рефрактометр может найти широкое применение в химии, особенно в технологических линиях по переработке нефтепродуктов.

Рефр актометр, содержащий рефрактометрический блок, формирователь плоскополяризо5 ванного света, модулятор состояния поляризации, анализатор, выполненный из двух примыкающих друг к другу поляризационных элементов с разной ориентацией плоскостей пропускания, линия раздела между которыми

10 перпендикулярна направлению отклонения луча, систему наведения и регистрации, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности измерений и улучшения динамических характеристик рефрактометра, формирователь

15 плоскополяризованного света и модулятор состояния поляризации установлены по ходу светового луча перед рефрактометрическим блоком, а непосредственно после этого блока установлена четвертьволновая пластинка, на20 правления главных осей которой составляют угол 45 с плоскостями пропускания половинок анализатора.