Устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Г 1 21/43 СССР71 из рабочег света на и ГОСУЦМ СТВЕННЬй КОМИТЕТ СССР ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ Н АВТОРСКОМ,Ф(56) 1, Молочников Б.И. и др. Рефртометры дпя определения оптическихпостоянных сред. М., ЦНИИТЭИ приборстроения, 1979 с, 6-10,2. Авторское свидетельствоВ 805140, кл. С 01 Г 1 21/43 19(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХСРЕД, содержащее источник света ипоследовательно расположенные походу луча монохроматор, измеритель.ЯО, п 22940 ный элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему, о т личающе е ся тем,.что, с целью повышения точности измерения,в устройство введены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода луча, а наблюдательная система уста новлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, при этом преломляющий угол измеритель" ного элемента выполнен по величине меньшим наименьшего значения угла 9 диапазона углов паденерительный элемент.Изобретение относится к технической физике, предназначено для иэмерения оптических постоянных - показателя преломления П и показателяпоглощения К и может быть использовано для метрологических целей вобласти рефрактометрии полного внутреннего отражения, где требуетсядостижение предельных точностей,а также в нефтехимии, химии пиг- Оментов и красителей, пищевой и фармацевтической промышленности для конт,роля поглощающих сред,Известно устройство дя определения показателя преломления путемизмерения коэффициентов отраженияК света при его падении под определенным углом 9 на .исследуемуюсреду со стороны измерительного элемента, находящегося в оптическомконтакте с исследуемой средой. Искомые,оптические постоянные П и Кфункционально связаны с величинамиуглов падения ф и соответствующихим коэффициентов отражения, а погрешности П и К (т.е. величины Ь ПиК) определяются погрешностямиЯ и К (т. е, величинами Ь О и Ь К) .Измерительные элементы в такихустройствах расположены в кюветномотделении спектрального прибора(перед входной щелью монохроматора)и освещаются сходящимся пучком света 1.Недостаток данных устройств сос 35тоит в их низкой точности, обусловленной невозможностью точной установки угла падения света из-за существенной непараллельности пучкалучей. При использовании призматического элемента точность снижается путем наложения на рабочий пучоксвета паразитных бликов, отраженныхплоскими гранями элемента при нормальном падении света на них.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство дпя измеренияпоказателяпреломления поглощающихсред, содержащее источник света ипоследовательно расположенные по ходу"Олуча монохроматор, измерительный эле"мент призматической формы и приемнорегистрирующую систему. Установкаугла падения 9 в этом рефрактометрепроизводится по веществам с известным показателем преломления, дпякоторых находится критический угол,после чего из этого положения осве-,тительный коллиматор поворачивают иа малые углы 2.Такая установка угла, хотя и более точна, чей в других известных устройствах 1,но тем не менее точность угла не превышает 2 - 3 , что соответствует погрешности изменения п(1-2) 10 . Кроме того, здесь также имеется погрешность в измерении из-за паразитных световых бликов от плоских поверхностей линз, поскольку пучки света всегда нормальны этим поверхностям. Особенно сильное влияние оказывают при двухкратном (автоколлимационном) ходе пучка через измерительный элемент.Цель изобретения " повышение точности измерения оптических постоянных поглощающих сред.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, иэмерительньк элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему,вве- дены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, а преломляющий угол измерительного элемента выполнен по величине меньшим наименьшего значения угла 6 из рабочего диапазона углов падения света на измерительный элемент.УНа фиг. 1 показана принципиальнаясхема устройства, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - ход луча и паразитных обратных бликов в измерительном элементе. Устройство содержит осветитель 1, монохроматор 2, полупрозрачное выключаемое зеркало 3, выходную щель 4 монохроматора, наблюдательную систему 5, внеосевой параболоидный объектив б, плоские зеркала 7 и 11, измерительный элемент 8, автоколлимационное зеркало 9, угломерное устройство 1 О, приемно"регистрирующее устройство 12, входную грань 13 измерительного элемента.3 1122340 40 Устройство работает следующимобразом.Осветитель 1 освещает входнующель дифракционного монохроматора 2(показан пунктиром). Разложенное вспектр излучение фокусируется на выходной щели 4 монохроматора. Далееколлимированный зеркалом 6 световойпучок после отражения от зеркала 7направляется на призматический изме Орительный элемент 8 с преломляющимиуглами К ,направляется под углом .6 к его рабочей поверхности, контактирующей с исследуемым веществом, отражается от нее и выходит 15из элемента. После отражения от,автоколлимационного зеркала 9 светвторично отражается от рабочей границы элемента под тем же углом 9что удваивает чувствительность 20измерения,Идя в обратном направлении свето.вой пучок фокусируется зеркалом 6,причем на выходной щели 4 монохроматора строит ее же перевернутое изображение, т.е. изображение верхнейполовины щели. Вблизи щели 4, перекрывая нижнюю ее половину, установленонаклонно к оптической оси плоскоезеркало 11, которое перехватывает З 0возвращенный пучок света и направляет его на приемно-регистрирующее устройство, измеряющее коэффициенты отражения К, по которым рассчитываются значения П и КУстановку углов 6 в предлагаемомустройстве производят следующим образом.Сначала входную грань 13 измерительного элемента 8 устанавливаютнормально к падающему пучку света.Для этого полупрозрачное зеркало 3вводят в ход лучей, а зеркало 11выводят. С помощью наблюдательнойсистемы 5 визуально. рассматриваетсяплоскость выходной щели 4. При .установке грани 13 нормально световомупучку на щели 4 наблюдается автоколлимационное иэображение от нее.После этой операции зеркало 3 выводят из хода лучей, а зеркало 11вводят. Затем с помощью угломерногоустройства 10 измерительный элемент8 поворачивается на угол (р такойвеличины, чтобы обеспечить заданный. 55угол пацения 9 на рабочую грань(фиг. Э). Связь величины Ф даетсялегко выводимым выражением 8 К + Р4+ згсвш(з 1 п-)1 гдето и и - прелом ляющий угол йзмерительного элемента и его показатель преломления.Для возвращения рабочего пучка в обратном направлении автоколлимационное зеркало 9 поворачивают на угол 2. Точность установки углов 8 определяется погрешностью установки входной грани элемента нормально к пучку света и погрешностью измерения поворота измерительного элемента. Установку входной грани нормально к пучку с помощью предлагаемого устройства, включающего зеркало Э и наблю-дательную систему 5, производят с погрешностью не более 5 -, 1 О , а из мерение угла поворота измерительного . элемента - с погрешностью не более110 . Поэтому среднеквадратичная погрешность угла поворота измеритель 11 ного элемента А(р не превосходит 14Поскольку. погрешность угла поворота элемента А И погрешность установки угла падения света на элемент АО связаны легко выводимым приближенным соотношением Ь(11 и Ь 0 (т.е. допустимая погрешность угломера в и раз больше допустимой погрешности установки угла падения света), то, следовательно, погрешность в предлагаемом устройстве не превосходит/16 - 7 . Это дает воэможность достижения погрешности измерения и не более (2-5) 10 5, т,е. почти на поря.( док точнее известного устройства.Предлагаемое устройство способствует более точному измерению коэффициента отражения К так как не уменьшает световой поток поскольку3при измерении К зеркало 3 выключается из хода световых лучей.Повышение точности измерения К в предлагаемом устройстве достигает ся путем исключения влияния паразит. ных световых бликов, отраженных плоскими нерабочими поверхностями элемента, налагающимися на рабочий световой сигнал, отраженный поверхностью соприкосновения элемента и ., исследуемой среды.Исключение влияния этих бликов достигается выполнением угла М измерительного элемента по величине меньше наименьшего В из рабочегодиапазона углов падения. В этомслучае при любом 8 пучки света непадают нормально на плоские поверхности элемента 1 поэтому паразитные. ЛсЫ Е путем наложения на рабочий пучокларазитных бликов.Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит повысить 5 точность измерения путем повышенияточности установки угла падениясвета и исключения паразитных бликов.: ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра"Патент" обратные блики от обеих гранейэлемента (покаэаны пунктиром) неидут по пути рабочего луча (показансплошной линией) а уходят в сторону(фиг. 3). Тем самым исключаетсяимеющаяся в известном устройствепогрешность в измеряемом значении.П комитета ССС открытий ская наб., д