Рефрактометр

 

ОП ИКАНИЕ изоы итон ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и) 521506 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.10.74 (21) 2066098/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15 07 76 Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 14.0;.77 (51) М. Кл.

G 01 и 21/46

G 02 F 1/03

1ооударственный комитет

Соввта Министров СССР по делам иэооретений и открытий (53) УДК 535.322..4 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. С. Барбанель, Л. Е. Крапивин и Б. А.Желудов

Ленинградский филиал Специального конструкторского бюро по автоматике в нефтепереработке и нефтехимии (71) Заявитель (54) РЕФРАКТОМЕ 1 Р

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к рефракто метрам, и может быть использовано для непрерывного автоматического определения состава растворов и смесей жидкостей и газов по их показателям преломления в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и др. отраслях промышленности.

Известны автоматические и полуавтоматические рефрактометры, основанные на различных методах измерения: полного внутреннего отражения, интерференционном и пр. Все эти устройства обладают довольно сложными оптической и электронной схемами, требуют сложных устройств для монохроматизации световых пучков и имеют невысокое быстродействие.

Известны также лазерные рефрактометры, использующие в качестве источника монохроматического света оптические квантовые генераторы.

Один из известных рефрактометров содержит источник излучения, конденсатор, кювету, измерительную призму, компенсатор углового отклонения светового пучка, фокусирующую систему, диафрагму и систему фоторегистрации, при этом компенсатор углового отклонения светового пучка содержит механизм вращения измерительной призмы (. ).

Недостатком известного рефрактометра является сложность конструкции, а также механические вибрации и люфты, возникающие в механических узлах устройства.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является рефрактометр, содержащий оптический квантовый генератор, коллимационную систему, дифференциальную кювету, компенсатор углового отклонения светового пучка, фокусирующую систему и систему фоторегистрации, при этом компенсатор углового отклонения светового пучка содержит механический модулятор, имеющий одну радиальную щель (2) .

Недостатками такого устройства является существенная восприимчивость к механическим вибрациям, невысокое быстродействие и сложная фазоразностная двухканальная схема измерения.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение быстродействия.

Это достигается тем, что компенсатор углового отклонения светового пучка выполнен в виде дефлекторного устройства, а перед фотоприемником установ. лена осевая измерительная диафрагма.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого рефрактометра.

521506

Рефрактометр содержит оптический квантовый генератор 1, коллимационную систему 2, дифференциальную кювету 3, дефлектор 4, фокусирующую систему 5, осевую измерительную диафрагму 6, фоторегистратор 7, решающее устройство 8, генератор качающейся частоты 9 и индикатор 10.

Рефрактометр работает следующим образом.

1 огерентный световой пучок от оптического квантового генератора 1 проходит через коллимационную систему 2, предназначенную для дополнительной коррекции непараллельности светового пучка, и попадает на дифференциальную кювету 3, содержащую границу раздела между эталонной и испытуемой средами.

На выходе дифференциальной кюветы 3 образуется вторичный световой пучок, угол отклонения которого относительно оптической оси системы зависит or показателей преломления эталонной и испытуемой сред.

При заполнении кюветы 3 средами, показатели преломления которых не отличаются друг от друга, и при выключенном дефлекторе 4 производится установка нулевого показания шкалы индикатора

10 путем юстировки осевой измерительной диафрагмы 6 по световому пучку, который в этом случае ориентируется по ог1тической оси системы.

При несоответствии показателей преломления сред в кювете 3 отклоненный световой пучок проходит через дефлектор 4, который компенсирует его угловое отклонение (линейный фазовый набег) относительно оптической оси системы и таким образом восстанавливает осевое положенис светового пучка. Далее световой пучок проходит через фокусирующую систему 5, в задней фокальной плоскости которой установлены осевая измерительная диафрагма 6 и фоторегистратор 7.

При попадании светового пучка в отверстие осевой измерительной диафрагмы 6, ориентированной по оптической оси системы, он регистрируется фоторегистра тором 7, после чего электрический сигнал поступает на решающее устройство 8 и индикатор 10.

На дефлектор 4 от генератора качающейся частоты 9 подается частотно-модулированный сигнал

$H) =COS (ш Лсо1) ° t

Лсо >0

Л11э (0

Т

p(t<—

2 т

01 - QJ 2 когорый также поступает на индикатор 10. Дефлектор 4 вносит во вторичный пучок фазовый сдвиг, обеспечивающий совмещение этого пучка с оптической осью.

Дефлектор 4 может быть выполнен на кристалле с линейным электро-оптическим эффектом, ультразвуковом модуляторе или ином пространственно-фазовом модуляторе когерентной волны.

При использовании в качестве дефлекторов нефотоупругих элементов, они могут управляться амплитудными сигналами.

Дефлектор 4 сканирует световой пучок в плоскости осевой измерительной диафрагмы 6, в результате чего световой пучок периодически проходит через отверстие осевой измерительной диа1 фрагмы 6 с частотой —. В момент прохождения

Т светового пучка через отверстие производится отсчет показаний на индикаторе 10 за счет подачи

И) импульсов с решающего устроиства 8, которое срабатывает от импульсного сигнала, поступающего на него с фоторегистратора 7.

Шкала индикатора 10 проградуирована в величинах разности показателей преломления эталонной и испытуемой сред, которая пропорциональна углу отклонения светового пучка а11, а следовательно, мгно венному значению модулирующего сигнала t Ь11ч t на дефлекторе 4.

Результирующая коге рентная волна в плоскости осевой измерительной диафрагмы 6 описывается соотношением

J ехр{ хк 1.хе — х 1 х} ехр { — е"" 1 сь = 8 (ф * (.а, — с,)) (<), то есть представляет собой, если пренебречь конечными размерами апертуры фокусирующеи системы 5, параметрическую Дельта-функцию, причем х и х -ко1

% ординаты в плоскости кюветы 3 и плоскости осевои измерительной диафрагмы 6 соответственно.

F - фокусное расстояние фокусирующей системы

5, - длина волны источника излучения, n0 - угол отклонения светового пучка относительно оптической оси устройства, зависящий от показателей преломления двух сред в кювете 3, а1 - вносимый дефлектором 4 угловой cgBHI,, пропорциональный мгновенному значению модулирующего сигнала + Л ш г, Из соотношения (1) следует, что световой пучок фокусируется на оптической оси устройства только тогда, когда а„= а1. Разрешающая способность устройства или е-о чувствительность к угловому отклонению гри условии,. что диаметр чзображения меньше диаметра отверстия осевой измерительной

59 диафрагмы 6, составляет

Л = (— < в о . р где D -диаметр отверстия осевой измерительной

55 диафрагмы 6.

Поскольку инерционность дефлекторов пренебрежимо мала, быстродействие описываемого устройства ограничивается лишь инерционностью фоторегистратора 7 и система может функционировать ф> в реальном масштабе времени (10-:100мГц) .

521506

Форм ула изобретения

Составитель Н. Гусева

Техред М. Ликович

Редактор Н. Каменская

Корректор Д. Мельниченко

Заказ 4891/546 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

| 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

В случае контроля изотропных сред осевая измерительная диафрагма 6 может иметь щелевое отверстие, причем, в этом случае она должна быть ориентирована перпендикулярно направлению отклонения светового пучка.

В случае контроля анизотропных сред осевая измерительная диафрагма 6 может иметь точечное отверстие, при этом дефлектометр реализуется как система из двух скрещенных дефлекторов или двухкоординатного дефлектора с соответствующими устройствами управления.

Система может иметь несколько диапазонов с плавным переключением. В этом случае генератор качающейся частоты 9 должен иметь соответствующее число диапазонов или переключатель индекса модуляции. Точность измерения на всех диапазонах остается равной точности наиболее точного диапазона.

Настоящее изобретение обеспечивает упрощени< конструкции вследствие устранения механических перемещающихся элементов, увеличение быстродействия вследствие применения практически безынерционных блоков и повышение точности измерений, которое ограничивается только размером отверстия осевой измерительной диафрагмы 6 и качеством фокусирующей системы 5. Кроме того существенно упрощается электронная схема, которая производит пороговую оценку сигнала и вследствие этого может быть выполнена в виде послецовательного соединения простейшего импульсного уеили. теля и логического элемента.

Рефрактометр, содержащий оптический квантоф вый генератор, коллимационную систему, дифференциальную кювету, компенсатор углового отклонения светового пучка, фокусирующую систему и систему фоторегистрации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции

1и рефрактометра и повышения его быстродействия, компенсатор углового отклонения светового пучка выполнен в виде дефлекторного устройства, а перед фотоприемником установлена осевая измерительная диафрагма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Авт.св. Х 118392, кл. С 01 г1 21/46, 1956.

2. А.W. Вошел, S,W. Drinkwater, "РЯБепЫа((r ef ràñt:îòïåt:år им% i! G.ser 1 дtlt

SOurce", J.Р1тцЗ.Е., Й, 1971,Я 1(прототип).