Рефрактометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ау 4 С 01 М 21/43 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Яри ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт(57) Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, аименно к рефрактометрам. Излучениеисточника 1, пройдя через дефлектор2, попадает в световод 3, испытывает там многократное отражение от,.ЯО 1 286960 А 1 границы с исследуемой средой и направляется дефлектором 4 через линзу5.и диафрагму 6 на фотоприемник.Угол падения излучения на границусветовода со средой определяетсяуглом отклонения дефлектора 2. Дефлектор 4 обеспечивает попадание прошедшего излучения на фотонриемник.Линза 5 служит для увеличения угловмежду лучами светового пучка, а диафрагма 6 - для их селекции. Высокаяточность достигается тем, что нафотоприемник попадают лучи, имеющиеблизкие углы падения в световоде.Изменение угла падения излучения путем его отклонения в дефлекторе 2позволяет проводить измерения показателя преломления в широком диапазоне. 1 ил,Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, в частности к рефрактометрам.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения показателя преломления.На чертеже изображена схема рефрактометра.Рефрактометр содержит источник 1 излучения и последовательно располо женные по ходу излучения акустооптический дефлектор 2, световод 3, акустооптический дефлектор 4, рассеивающую линзу 5, диафрагму 6 и Фотоприемник 7. Световод 3 имеет отражающие покрытия 8 и 9 на торцах. В покрытии 8 имеются окна 10 и 11 для ввода и вывода излучения. Фотоприемниксоединен с электрической схемой, включающей последовательно соединенные усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 и контрол- ,лед 14Лкустооптические дефлекторы 2 и 4 через усилители 15 и 16 и умножители,частоты 17 и 18 подключены к таймерным выходам контроллера 14,Устройство работает следующим об- разом.Пучок света от источника 1 излу чения отклоняется акустооптическим дефлектором 2 и через окно 10 вводится в световод 3. Свет многократно проходит световод 3 во встречных направлениях, отражаясь от покрытий 35 8 и 9, на его торцах и от границ направляющих плоскостей световода с исследуемой средой Коэффициент отражения света от границы со средой зависит от ее показателя преломпе ния и угла падения. Угол падения определяется углом отклонения вакустооптическом дефлекторе 2 и различается для различных лучей пучка. Излучение, прошедшее через световод 5 и вышедшее через окно 11, отклоняется акустооптическим дефлектором 4 и попадает на рессеивающую линзу 5, служащую для увеличения расходи" мости пучка. Часть излучения, прошедшего через линзу 5, попадает через отверстие диафрагмы 6 на Фотоприемник 7сигналс которого через усилитель 12 и АЦП 13 вводится в контроллер 14, Контроллер вырабатывает частоты, управляющие углами отклонения света в акустооптических дефлекторах 2 и 4. Изменение йитающей частоты акустооптического дефлектора 2 меняет угол ввода света в световод иугол падения пучка света на границусветовода со средой. Изменение питающей частоты акустооптическогодефлектора 4 позволяет направить любую часть прошедшего пучка через диафрагму 6 на фотоприемник 7. Этимобеспечивается ввод в контроллер информации о распределении мощностипо углам в световом пучке,Перед измерением в запоминающееустройство контроллера вводится информация о распределениях мощностив световом пучке, прошедшем световод,находящийся в воздухе при различныхуглах ввода пучка. Погружение световода в исследуемую среду приводит кизменению распределения мощности поуглам в прошедшем световом пучке.Контроллер устанавливает такой уголввода пучка света в световод, прикотором распределение мощности поуглам изменяется наиболее сильно.Это происходит, когда условия полного внутреннего отражения (ПВО) нару-шены для половины лучей пучка. Изменение функции распределения мощностипо углам при заданном угле паденияпучка в световоде однозначно связанос величиной измеряемого показателя,преломления. Значение показателяпреломления вычисляется контроллеромпо частотам, питающим акустооптические дефлекторы 2 и 4, фототоку фотоприемника 7 программным способом.Контроллер сканирует частоты акустооптических дефлекторов, сравниваетраспределение мощности по углам сзанесенным в запоминающее устройствои отыскивает частоты, для которыхэти распределения различаются, Частота акустооптического дефлектора 2устанавливается такой, чтобы функциираспределения совпадали для половинылучей пучка. Эта частота определяетприближенное значение угла ПВО. Поправка этого значения вводится по частоте дефлектора 4, соответствующеймаксимальной производной от разностизапомненного и измеренного фототоков по частоте дефлектора 4, Величина измеряемого показателя преломления определяется из значения углаПВО по Формуле Френеля программнымспособом, основанным на приведенныхсоотношениях. Для луча, попадающего на фотоприемник, справедливо соотношениегде К, К, К и С, - постоянные, опре 5деляемые расстоянием между оптическими элементами рефрактометра, 10у,ц - соответственноуглы на выходелазера и углыотклонения вакустооптических 15дефлекторах.Рассеивающая линза и диафрагма при выводе этого соотношения не учитываются. Их наличие приводит лишь к эквивалентному уменьшению размеров приемной площадки фотоприемника.Угол падениялуча.в световоде, являющемся элементом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), определяется по формуле 25(2)где 6 . - постоянная угловая величина,определяемая при калибровке. З 0Измеряемый показатель преломления и определяется по граничному значению угла (Ц+ , )р, для которого выполняется условие ПВОи = и зз.п(8 - (су+д,)(3) 35где и - показатель преломления свестовода.Граничному значению угла соответствует максимальное значение произ водной светопропускания элемента НПВО по углу падения луча. Величина светопропускания определяется путем сравнения освещенностей фотоприемника при нахождении световода в воэду хе и в исследуемой жидкости.При нахождении световода в воздухе при неизменном угле д значение угла , изменяется от минимального до максимального своего значения, в 50 результате чего определяется постоянная величина С, соответствующая максимальной освещенности фотоприемника, по формуле55(4)С = К,ц, + КЧВ дальнейшем при всех измененияхугла ( величина углавыбирается из условия При этом на фотоприемник попадает центральный луч лазерного пучка. При нахождении световода в воздухе для всех возможных значений Ц измеряется освещенность фотоприемника Е При погружении световода в жидкость величина угла с, последовательно увеличивается от своего минимального значения приЕ; - Е; сЯ(6)где Е; - измеренная освещенность,Е - заданная постоянная (точность изменения освещенности).При Е; - Е;Е вычисляется величина Е; , + Е;, - 2 Е;, а угол ( увеличивается, пока выполняется условиеЕ,(., + Е - 2 ЕО (7)При невыполнении условия (7) производная величины светопропускания по углу падения достигает своего максимального значения, а показатель преломления и исследуемой жидкости определяют по формуле (3) при (р = Ч,; . При этом, поскольку величина 6 определяется при калибровке,допускается величину угла р выбирать произвольно.Высокая точность измерения показателя преломления достигается тем, что в устройстве на фотоприемник попадают лучи, имеющие близкие углы падения на границу световода со средой. Изменение показателя преломления среды одинаково влияет на их ослабле-. нйе. Когда угол падения регистрируемых лучей на границу со средой совпадает с углом ПВО, светопропускание световодом таких лучей зависит от показателя преломления среды. Изменение угла падения пучка с помощью акустооптического дефлектора 2 позволяет измерять показатель преломления в больших пределах егоизмерения.Формула изобретенияРефрактометр, содержащий источник излучения и последовательноСоставитель С.ГолубевТехред А.Кравчук Корректор М.Демчик Редактор Е.Копча Заказ 7705/42 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 расположенные по ходу излучения световод, представляющий собой плоскопараллельную пластинуи фотоприемник, соединенный с электрическойсхемой, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностии расширения диапазона измерения показателя преломления, в устройствовведены два акустооптических дефлектора, рассеивающая линза и диафрагма, причем один акустооптический 286960 бдефлектор расположен по ходу излучения между источником излучения исветоводом, второй акустооптическийдефлектор, рассеивающая линза и диафрагма расположены последовательнопо ходу излучения между световодоми фотоприемником световод имеетотражающие покрытия на торцах с окнами для ввода. и вывода излучения, а 10, акустооптические дефлекторы соединены с выходом электрической схемы.