Оптоволоконный рефрактометр

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 702258 01 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Д ев рутой изгиб ва датчиков хника, т.37,МЕТР ительо для жидко- едоватения нного езки ожен- арал- нные= а/ таян им обмещаи прио всей через оступаве СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к измерной технике и может быть примененизмерения показателя преломлениястей при химико-биологических исслниях, анализах горючего. Цель изобре- упрощение конструкции оптоволоко Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей при химико-биологических исследованиях, анализах горючего.Цель изобретения - упрощение конструкции рефрактометра и уменьшение количества жидкости, требуемой для анализа.На фиг.1 показана схема оптоволоконного рефрактометра; на фиг,2 - то же, вид сверху,Рефрактометр содержит источник 1 излучения, волоконно-оптический световод 2, передающий элемент 3, приемный элемент 4, приемник 5 излучения, Приемный и передающий элементы представляют собой порефрактометра и сокращение расхода жидкости для анализа. Цель достигается тем, что в оптоволоконном рефрактометре. измерительный участок представляет собой передающий и приемный поверхностно-микронеоднородные волоконно-оптические элементы, представляющие собой оголенные участки световолокна одинаковой длины, расположенные в горизонтальной плоскости параллельно, направленные навстречу друг другу и смещенные относительно друг друга на величину Ь, равную ай 9 а, где а - расстояние между оголенными участками световолокна; тд а - тангенс апертурного угла, при этом приемный элемент расположен в световом потоке, образованном вытекающими через боковую поверхность передающего элемента модами, причем расстояние между оголенными участками световолокна обеспечивает удержание капли исследуемой жидкости между ними. 2 ил,верхностно-микронеоднородн ые о световода одинаковой длины, распо ные в горизонтальной плоскости, лельно между собой направл навстречу друг другу и смещенные о тельно друг друга на расстояние Ь а, где а - апертурный угол; а - расс между ними.Рефрактометр работает следующ разом,Капля исследуемой жидкости ется между передающим элементом емным элементом 4 и растекается длине элементов. Свет от источника волоконно-оптический световод 2 ет на передающий элемент 3. Часвыходит через торец светавода, а остальнаячасть (вытекащие моды) проходит через исследуемую жидкость и попадает на приемный элемент 4, При этом количество света,попавшего на приемный элемент 4, зависитот показателя преломления исследуемойжидкости. Свет из приемного. элемента 4через волоканна-оптический светавод 2 попадает в приемник 5 излучения, где и регистрируется мощность светового потока,которая является функцией показателя преломления исследуемой жидкости.Оголенные участки световолокна придают световому потоку диффузный характер рассеяния и приема в среду и иэ средычерез боковуа поверхность волокон вследствие наличия на сердцевине волокна поверхностных микронеоднаоадностей, Врефрактаметре используется явление зависимости коэффициента затухания световогопотока, идущего по передающему поверхностна-микронеоднородному элементу,представляющему собой оголенное световалакна на поверхностных микронеоднородностях, в зависимости от коэффициентапреломления жидкости с последующим восприятием этого излучения, образованноговытекающими модами. При этом восприятие ведется так же через боковую поверхность паверхностна-микранеоднороднагаволокна и аналогично происходит перетекание светового патока, образованного втекающими модами на поверхнос, ныхмикронеоднароднастях приемнога элемента. Наличие поверхностных микранеоднораднастей сердцевины волоконногосветовода на измерительном участке вызывает экспоненциальный характер затуханияи перехода светового патака в среду вследствие потерь на излучение, т,е.Р:Р е где Р - мощность светового потока на входеволоконного световада передающего элемента;Ро - мощность светового патока на входе;Е - длина измерительного участка;ц - коэффициент затухания на поверхностных микронеоднораднастях,Анализируя укаэанную формулу, можнопредположить, что мощность светового потока, образованного вытекающими модами,будет равнаРв.м. = Ро - Р,где Рв - мощность светового потока вытекающих мод передающего элемента,Таким образом, наибольшее перетекание, а значит и чувствительность будут максимальными при приближении Рв.м. к Ро,Это возможно, если световой поток будетполностью переходить в среду, т,е, необходимо или увеличивать число микронеоднорадностей, или увеличивать длину5 чувствительнага элемента измерительногоучастка,Восприятие светового потока приемным элементом носит диффузный характер,поэтому для более полного перехода свето 10 ваго потока его необходимо концентрировать на приемном элементе. Это возможнотолько путем создания оптически плотнойсреды между элементами для улучшенисветовой связи.15 В этой связи можно сказать, что максимальная чувствительность рефрактометрабудет лежать в пределах и1,4, к которомуотносится большинства углеводородныхтоплив и глицерин.20 Характер восприятия на приемном элементе также подчиняется экспоненциальному закону и будет зависеть от длиныприемного элемента и коэффициента поверхностных микронеоднородностей на эле 25 менте, Передающий и приемныйэлементывыбираются одинаковой длины для болееполного перехода светового потока из передающего в приемный элемент,При помещении к. пли анализируемойЗО жидкости между передающим и приемнымэлементами на нее действует сила тяжести,пад действием которой происходит обволакивание волскон, поэтому для равномернога сбволакивания элементов они35 расположены в горизонтальной плоскостипгааллельна между собой, При таком расположении волокон характер смачиваемости иобволакивания волокон будет равномерендля обоих элементов, что в значительной40 мере влияет на точность устройства.Характер ввода распространения и вытекания через боковую поверхность световога потока подчиняется оптическимзаконам, поэтому, если брать идеально45 гладкое волокно, то угол выхода световогопотока через боковую поверхность передающего элемента не будет больше угла ввода- апертурного угла, Таким образом, для того, чтобы учесть этот признак, волокна сме 50 щены относительно друг друга на величинуЬ. При этом математический анализ размещения элементов и характера распространения светового потока показывает, чтовеличина Ь будет равна отношению а/тд й55, где а - расстояние между оголенными участками световолокна; тц а - тангенс апертурного угла.В многомодовом волокне при вводе луча происходит распространение мод внутриволокна под различными углами. В рефрактометре используются вытекающие моды, т,е, вектора распространения электромагнитных волн, не параллельных оптической оси волокна, Вытекание таких мод происходит через боковую поверхность передающего элемента и носит диффузный характер. Поэтому для регистрации этого светового потока приемный элемент должен находиться в световом потоке, образованном вытекающими через боковую поверхность передающего элемента модами,Выбор расстояния между волокнами связан с физическими свойствами жидкостей, так как на анализируемую жидкость действует сила поверхностного натяжения, то в результате экспериментальных исследований было установлено оптимальное значение расстояния между волокнами, при котором жидкость с самым минимальным коэффициентом поверхностного натяжения равномерно смачивала оба элемента и удерживалась на этих элементах,Формула изобретения 5 Оптоволоконный рефрактометр, содержащий источник излучения, волоконно-оптический световод с чувствительным элементом в виде поверхностно-микроне- однородного участка световода и приемник 10 излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения констоукции и сокращения расхода жидкости для анализа, чувствительный элемент выполнен в виде передающего и приемного отрезков одина ковой длины, расположенных в одной плоскости с осью устройства параллельно между собой, направленных навстречу друг другу и смещенных относительно друг друга навеличинуб=айц а,где а - апертурный 20 угол; а - расстояние между отрезками, обеспечивающее удержание капли исследуемой жидкости между ними.