Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах

(505 б 01 м 21/45 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Институт электроники АН БССР(56) Шишловский А,А, Прикладная физическая оптика. М.: Физматгиэ, 1961, с, 469,Там же, с, 486,Чернов С,М, Жилик К,К, Рабзонов П Г,Определение показателя преломления жидкостей и газов в капиллярах, -Журнал прикладной спектроскопии, 1982, т, 37, вып, 3,с. 455-459. Изобретение относится к Области измерительной техники, в частности, к интерференционным способам измерения показателей преломления жидкостей в капиллярах в условиях технологических процессов,Цель изобретения - повышение точности контроля с одновременным повышением производительности,На чертеже представлена принципиальная схема реализации способа,Устройство содержит лазер 1, последовательно установленные за ним коллиматор 2, светоделитель 3 и зеркало 4, закрепленное на пьезодвигателе 5, По обе стороны от светоделителя 3 размещены второе 6 и третье 7 зеркала, повернутые относительно оси лазера 1 на угол + а/4. Оптический капилляр размещен на пересечении оптических осей второго 6 и третьего 7 зеркал, за которым в плоскости изображения интерференционных картин размещены первый 8.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В КАПИЛЛЯРАХ(57) Сущность изобретения: в способе, заключающемся в освещении капилляра с жидкостью параллельным пучком света, дополнительно освещают капилляр вторым параллельным пучком света, формируют за капилляром интерференционную картину, приводит ее в движение, регистрируют движущиеся интерференционные полосы, по изменению величины периода которых судят о величине показателя преломления жидкости 1 ил второй 9, третий 10 и четвертый 11 фотоприемники.Способ осуществляется следующей сЬ- вокупностью операций, Формируют двв когерентных пучка, лежащих в одной плоскости и сходящихся друг к другу под некоторым углом а . В этом слуЧае, как известно, пучки интерферируют с образованием интерференционных полос, пространственный период к которых описывается соотношением.е =А/2 зи а/2,гдето- длина волны оптического излучения, а - угол сходимости пучков, В зону пересечения пучков помещают оптический капилляр, который действует в данном случае как цилиндрическая линза, получают эа капилляром интерференционную картину и приводят ее в движение. Движущиеся интерференционные полосы регистрируют фотоэлектрическим способом, и по изменению их периода судят об изменении показателя преломления жидкости./360) 1 - (6 Зе е/г 2 Переменной ве является регистрир тальные параметры занесены в вычисли фиксированные энач С 2- (1/г 1-1/гр) г 1-1/ с 1 с 2(1 1 - С 1 (1 + Ь р/360 О) 8 примере конкретного выполнения реализация способа осуществлялась на уста новке автоматического управления формообразованием волоконно-оптических 5 элементов. В устройство входили лазер Основная особенность способа заключается в том, что эа счет освещения капилляра вторым пучком, направленным к первому под некоторым углом, в месте пересечения формируется интерференционная картина, которая передается капилляром, действующим в данном случае как цилиндрическая линза, в плоскость анализа (иэображения). Период интерференционной картины Н в плоскости иэображенияможно найти из выраженияНк= фе (1) где Р" ЯЛ - коэффициент увеличения оптического капилляра как цилиндрической линзы, 3 - расстояние от линзы (капилляра) до плоскости иэображения, 1 - фокусное расстояние, е =А/2 э 1 п (а/2)-цена интерференционной полосы на стороне обьекта, 1 - длина волны света, а- угол сходимости пучков.Иэ теории оптических приборов известна формула линзы, которая для двухкомпонентной оптической системы, какой является капилляр (п 1 - показатель преломления стекла, п - показатель преломления личиной в этой формуле уемый сдвиг фаз Ьр, оспостоянны и могут быть тельное устройство как ения, Пусть С 1=бее с/Не. 1) и Се= 201. В плоскости изображения формируются две системы интерференционных полос: центральная и боковая, Период полос центральной интерференционной картины (ИК) функционально связан с г 1, с, пз, п 2, а период полос боковой ИК связан только с г 1, г 1.Фиксируя сдвиг фаз Ьр 1 в боковой интерференционной полосе, можно вносить поправку в результат сдвига фаз Ьу 2 центральной интерференционной полосы, т.е, ЬЬр =Ьа - Ьр 1 и в расчетную формулу (7) вносить скорректированное значение сдвига фаэ, В этом случае на конечный результат может оказывать влияние только из; менение г 2. В случае, если жидкость протекает по одному и тому же капилляру, г 2 можно также считать постоянной величиной. 30 35 40 45 жидкости или иного вещества, прозрачного для данной А), запишется следующим образом1 21/г 1 - 1/г 2 п 1 - 1 +1/г 2 п 2 - 13/(2 п 1 + п 2) где т - фокусное расстояние, г 1 и г 2 - соответственно внешний и внутренний диаметры капилляра (имеют один и тот же знак). Откуда6 1 п 1 1/г - 1/г 2 - 1/г 1 - 2 п 11 - (1/г 2) 6 ЮПри движении и регистрации интерференционных полос определяется изменение их периода Нь выражающееся в появлении сдвига фазЬр (Не-Нм)/Нк, (4) где Не - эталонное, или номинальное значение шага интерференционных полос. Так как, в свою очередь,о Яе Е/Не (Б) то выразив из (4) Не и подставив его значение в (5) и далее в.(3), получим искомую рассчетную формулу Способ реализован следующим обраэом.С помощью оптической схемы, состоящей из лазера 1, коллиматора 2, светоделителя 3 и трех зеркал. первого 4, второго 6 и третьего 7, формируют два сходящихся под углом а друг к другу когерентных пучка, которыми освещают капилляр с исследуемой жидкостью. При пересечении пучки интерферируют. Зеркало 4 колеблется с некоторой частотой (1 кГц) под воздействием пьеэодвигателя 5, питаемого от генератора пилообразного напряжения (на чертеже не показан). Колебания зеркала 4 приводят к изменению разности хода интерферирующих пучков и их движению в плоскости анализа, Фотоприемники 8, Э, 10 и 11, установленные в плоскости иэображения интерференционных полос, регистрируют их; по изменению периода этих полос, выраженному появлением сдвига фаз ЬР; с помощью аналитического выражения 7) находят искомый показатель преломлени жидкости иТираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ЛГН, коллиматор 6 х, светоделитель с коэффициентом пропускания 30. зеркала с внешним покрытием, пьезодвигатель от серийного лазера ЛГ, фотоприемники ФДи блок электроники на базе ПП ЭВМ ЕС 1840. При значении е - 1 мкм и линейном смещении пьеэодвигателя на величину -10 мкм частота интерференционного сигнала составила 10 кГц, т.е. производительность способа составляет 10 000 измерений за секунду, что позволяет контролировать быстро протекающие жидкости. При чувствительности фазовой схемы лучше. чем 0,2 О, регистрировались изменения показателя преломления в четвертом и пятом знаке после запятой. Формула изобретения Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах, заключающийся в освещении капилляра с жидкостью 5 параллельным пучком света и анализе полученной картины в плоскости изображения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности, освещают капилляр вторым параллельным 10 пучком света под углом к первому пучку, приводят в движение полученную в плоскости изображения интерференционную картину, измеряют изменение величины периода движущихся интерференционных полос, по кото рому судят о величине показателяпреломления жидкости.