Рефрактометр

)с 1 г,;) 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВ А ВТОРСНОМУ СВИ Р 31нергетическиг г чих ениямереып. 7 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) Жаботинский М.Е. Крутой иволоконного световода - основаков физических величин. - Радио.ка, 1982, т. 37, В 8, с. 8-13.Молочников Б.И. Методы измепоказателя преломления сред. Иния, контроль, автоматизация.8 (29-30), 1980, с. 9-10.(57) Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидких сред. Цель изобретения - повышение точности измерения показателей преломления жидких сред, Рефрактометр снабжен чувствительным элементом в виде фокона, механизмом перемещения1 и измерителем перемещения. Измерение показателя преломления производится перемещением фокона до достижения сигналом на его выходе некоторой данной величины и измерением этого перемещения. 1 ил.Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидких сред.Целью изобретения является повыше 5 ние точности измерения показателя преломления.На чертеже изображена схема рефрактометра.Рефрактометр содержит источник 1 излучения, подводящий излучение световод 2, чувствительный элемент - фокон 3, отводящий излучение световод 4, фотоприемник 5, измеритель 6 сигнала (тока) фотоприемника, механизм перемещения чувствительного элемента, включающий узелкрепления фокона, закрепленный жестко на координатном столике 8, вертикально перемещающимся с помощью микрометрического 20 винта 9, позволяющего осуществлять плавные микроперемещения и являющегося одновременно измерителем перемещения. В случае необходимости очень точного измерения показателя прелом ления (ПП) в устройство может быть включен интерференционный измеритель 10 перемещения, позволяющий точно измерить перемещения координатного столика 8. 30Рефрактометр работает следующим образом.До начала измерения производится градуировка измерителя 9 или 10 перемещений в единицах ПП. Для этого кю 35 вету, внутри которой устанавливакт фокон 3, заполняют эталонными жидкостями с известными значениями ПП, находящихся в диапазоне П, - П,(где Пж , П- соответственноМФКсминимальный и максимальный ПП жидкости), и перемещают фокон вверх из полностью погруженного состояния до глубины погружения, при которой ток фотодиода начинает возрастать и превышает наименьшее значение на некоторую заданную величину, именуемую далее номинальным током фотодиода 1, Это позволяет производить точное перемещение и установку глубины погружения фокона, а значит и точное измерение ПП жидкости П,.В исходном состоянии до помещения фокона 3 в жидкость он находится на воздухе. При этом оптический сигнал, поступающий от источника через световод 2, фокон 3 и световод 4 к фото 1 приемнику 5, имеет наибольшую величину, что фиксируется измерителем б. Далее фокон полностью погружают вжидкость, при этом показания измерителя 6 минимальные,Для измерения ПП контролируемойжидкости фокон 3, закрепленный в держателе , перемещают микрометрическим винтом 9 вместе с координатнымстоликом 8 вверх до тех пор, покане начнет возрастать ток фотодиода ипоказания измерителя 6 не станут соответствовать 1, После этого перемещение столика ппекращают и по микрометру 9 или измерителю 10 определяютвеличину ПП контролируемой жидкости.При изменении ПП жидкости П, например, в случае ее нагрева перемещение столика 8 производится до техпор, пока показания измерителя 6 нестанут соответствовать 1. По шкаламизмерителей 9 или 10 определяют абсолютное значение ПП П.В основу рефрактометра положеноявление зависимости коэффициента передачи К - светопропускания фоконаот показателя преломления жидкости иглубины его погружения в жидкость,Фокон представляет собой световодмонотонно-переменного сечения (усеченный конус, имеющий большее и меньшее основания), образующая которогопрямая линия. Фокон обладает темсвойством, что апертурный угол лучейк оси фокона, вводимых со стороныбольшего основания, увеличивается припрохождении через фокон, При увеличении ПП среды Пс (исходно фокон находился в воздухе П ср = 1) для частилучей нарушается условие полного внутреннего отражения и они покидают фокон, выходя через боковую поверхность, причем высвечивание лучей начинается с части боковой поверхности,прилежащей к меньшему основанию фокона, так как здесь углы лучей к осибольше, чем у большего основания. Приэтом уменьшается коэффициент передачиК фокона. Если участок фокона со стороны меньшего основания, где начинается высвечивание лучей, вытянуть изсреды с ПП П, и поместить в воздухс ПП П = 1, то величина К не изменится. Для сохранения К постояннымнеобходимо по мере увеличения Пвсе более вытягивать фокон из средыв воздух.Согласно инварианту Штраубеля для того, чтобы через фокон, выполненный иэ материала с ПП П и находящийся в32199 Й 2 Я 1 п Вс дядп( 6, - с ) Й -с 1 м с 1 - диаметры б2щего торцо18 - критическисветоводе ольшего и н в фокона",й угол луч й в остоянного еского сигнала го постепенном выходеполного она п бразованнос ПП ПП П сечения, о материалом средой с П фокон с обеих с дами, ПП сердцев П оболочки П 2, т огр льш использоаиболееж ПП неЕсл светов П, а торо ины торых о с- 1/И - Ы)учае устройстельности.я (1) следя фокона,лучае изме яп( 1 в тивном ет о ечувств Из выражени а погружени сопяТ в с . 6" , опред ует, чтпри котнения глубинК ляет С 1, 1 - К Вс2 Ы 5 Тй бразом ункцивляет яхп 9 = - я 1 п(О як С 1 с- критический г лучеи в свето ия, образованн е постоянного Ы 1(а,) (В", -л ния очник п ко элучез13 среде с ПП П прошли все лучи, наибольший апертурный угол у большего основания фокона которых В, , необходимо, чтобы- угол конусности фокона, который представляет собой половину угла при вершине конуса,образующегося при продолжениифокона в сторону меньшего основания Й 2 -ф 0);1 с -длина рабочего участка фокона.При увеличении ПП среды до П,р = П через фокон проходит только та часть лучей, для которых выполняется условие полного внутреннего отражения. Наибольшая апертура этих лучей на входе В определяется выражением сечен ого материалом с ПП П.Для определения коэффициентов передачи фокона (отношение мощности, прошедшей через фокон, к мощности, . вводимой в него) в зависимости от величины 1 (1 - длина части фокона, помещенная в среду с ПП и отсчитываемая от большего сечения) применим метод модово-лучевой эквивалентности. На основе этого метода для иэотропного возбуждения фокона получается выра- жение Из выражения (1) следует,постоянной глубине погружени в контролируемую жидкость при изменении П , т.е. В величина К также меняется, Для поддержания К постоянным, например, при увеличении П, необходимо уменьшать величину 1. При полностью погруженном фоконе в жидкость с ПП в диапазоне Пю мн П макс Для К всегда выполняется условие 1 ) К ) сР /сР . Анализ в2ражения (1) показывает, что для обе печения наибольшего изменения оптиния в жидкость, начиная с боснования, т.е. для лучшегования фокона и обеспеченияширокого диапазона измеряемобходимо, чтобы е П,Установление фокона перпендикулярно к границе раздела жидкость - воз-,дух обеспечивает высокую точность4 О установки постоянного сигнала на выходе фотодиода при перемещении фоконав строгом соответствии с изменением .П. Форма и параметры фокона могутобеспечиваться при его изготовлении,45 например, методом вытягивания существующих световодов типа кварц-полимер диаметром Й, после удаления полимерных покрытий и нагрева материалав световодах до температуры размяг 50 чения, а также специальной отливкой.В последнем случае фокон может выполняться с большими поперечными размерами, при этом свет к нему можно подводить и отводить с помощью световод"55 ных жгутов1Форму а изобрете Рефрактометр, содержлучения, световод длягде П, ПФ мин с 1 = ставитель С хред:.М. Хода л бев ктор И.Шулл орректор А,Обручар ч аз 3825/39 Тираж 776Государственногоелам изобретенийосква, Ж, Раук одписнСР омитета открытии ая наб. п 35д. 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужг Проектная 13321 ния, кювету для исследуемой жидкости, чувствительный элемент в виде фокона, размещенный в кювете, световод для вывода излучения и фотоприемник о т- Ф5 л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения показателя преломления, в него введен механизм перемещения фокона с измерителем перемещения, при этом оптическая ось фокона перпендикулярна основанию кюветы, а его широкий торец обращен к нему, причем угол с конусности фокона выби ается из условия 996а диаметры большего Й и меньшего Йторцов фокона удовлетворяют соотно-,2кению показатель преломления материала фокрна,минимальный показатель преломления иэ диапазона контролируемых сред,апертурный угол излучения,проходящего через широкийторец фокона.