Рефрактометр

СОЮЗ СОВ ТСКИХСОЦИДПИСТИЧЕ СКИХ 68462 РЕС 11 УЬЛИК 21/4 н 1 5 САНИЕ ИЗСБРЕТЕНИ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В Г ОС УДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИ ТЕ ТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Жаботинский М,Б. и др. Крутой изгиб волокнистого световода - основа датчиков физических величин. -Радио-техника;1982, М 8,с.8-13Авторское свидетельство СССР М 1303909, кл, 0 01 й 21/41, 1985.(57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в океанологии, биологии, химической фармацевтической промышленнос-и и - .ц, для непосредственного и дистанционного изм- рений показателя преломления ж;гдкик сред, Цель изобретения - повышение точноИзобретение относится к технической физике, а именно к рефрактометрическим приборам для анализа жидкостей, и может быть использовано для непосредственного и дистанционного измерений показателя преломления в океанологии при исследовании параметров состояния морской воды в условиях Мирового океана, в технике для дистанционного контроля и управления режимом работы технологических установок, функционирующих в сложных условиях воздействия окружающей среды, например при высокихтемпературах, сильных электромагнитных полях, вибрации. взрывоопасных помещениях и т.д., в метрологии при разрасти измерений Рефрактометр содержит два источника света, чувствительный элемент, выполненный в виде изогнутого участка световода, помещенного в исследуемую среду, два фотоприемника, один из которых оптически сопряжен непосредственно с двумя источниками света, а другой - через световод, блок обработки информации, подключенный к выходам обоих фотоприемников, и генератор импульсов, подсоединенный к источникам света и блоку обрабо 1 ки информации. Входной торец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световада через ингерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, а выходной торец чувствительного элемента снабжен зеркальным светоотражающим покрытием с защитной оболочкой, 3 ил. ботке образцовых средств измерений, а также в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности,Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта,На фиг, 1 показана принципиальная схема рефрактометра; на фиг. 2 - график зависимости коэффициента пропускания изгиба световода от показателя преломления исследуемой среды; на фиг. 3 - типичный график спектрального коэффициента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра.50 Рефракометр содержит генератор 1 импульсов, имеющий два выхода, один из которых соединен с первым источником 2 света, а другой - с вторым исгочником 3 света, светоделители 4 и 5, например полупрозрачные зеркала, гибкий волоконный световод 6 (одномодовый или многомодовый), оптическое интерференционное покрытие 1 типа отсекающего фильтра, например многослойное диэлектрическое покрытие, чувствительный элемент 8, выполненный, например, в виде крутого изгиба отрезка световода, зеркальное светоотражающее покрытие 9 с защитной оболочкой, например, из стекла, фотоприемники 10 и 11 и блок 12 обработки информации,.например, микропроцессор или микро Э В М.Рефрактометр работает следующим образом,генератор 1 импульсов подает импульсы электрического тока попеременно на первый источник 2 света и второй источник 3 света, при этом они испускают свет строго поочередно в направлении входного торца световода 6. Луч света от источника 2 света проходит светоделитель 4. После светоделителя 4 часть света попадает на фото- приемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации, а оставшаяся часть света проходит через светоделитель 5, распространяется по волоконному свето- воду 6, проходит через интерференционное покрытие 7 и распространяется вдоль чувствительного элемента 8, при этом часть света проникает в исследуемую среду, преломляясь на границе раздела чувствительный элемент - исследуемая среда, а оставшаяся часть света отражается зеркальным покрытием 9, распространяется в обратном направлении и после светоделителя 5 поступает на фотоприемник 10, сигнал с выхода которого подается в блок 12 обработки информации. в котором вычисляется отношение сигналов фотоприемников 10 и 11 М 1=01 И Аналогично луч света от источника 3 проходит через светоделитель 4, при этом часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации, а оставшаяся часть света проходит через светоделитель 5, распространяется по волоконному световоду 6, отражается интерференционным покрытием 7, распространяется в обратном направлении и после светоделителя 5 поступает на фото- приемник 10, сигнал с выхода которого подается в блок 12 обработки информа ции, в котором вычисляется отношение 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сигналов фотоприемников 10 и 11 Мр =0 И,В результате после подачи от генератора 1 импульсов на один и другой источники света в блоке 12 обработки информации вычисляется величина М 1/М 2. зависящая только от показателя преломления исследуемой среды и не зависящая от мощности источников света, характеристик фотоприемников и гибкого волоконного световода.Работа рефрактометра основана на зависимости от коэффициента пропускания крутого изгиба световода от показателя и реломления исследуемой среды, Типичный график этой зависимости представлен на фиг. 2. Диапазон п 1 - п 2 измерений чувствительности рефрактометра зависит от соотношения между показателями преломления исследуемой среды и чувствительного элемента и радиуса изгиба последнего, На фиг. 3 представлен график спектрального коэффициента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра. Рабочие длины волн А 1 и Л 2 первого 2 и второго 3 источников света выбираются соответственно в областях наибольшего и наименьшего пропускания интрференционного покрытия 7 (фиг, 3),Сигналы фотоприемников 10 и 11 от первого источника света, излучающего на длине волны Ь, вычисляются по формулам:0 = Ь Ф уут(Л, п ), (1)01 = 331 Ф 3 ф 12, (2) где 5, Яц - чувствительность по напряжению фотоприемников 10 и 11;у 11 - пропускание оптического тракта (исключая световод) на пути от источника 2 света до фотоприемника 10;7 а - пропускание оптического тракта на пути от источника 2 света до фотоприемника 11:",г - пропускание световода;т(Л 1, и ) - пропускание чувствительнсго элемента на длине волны Л;Ф - поток, излучаемый источником 2 света.Сигналы фотоприемников 10 и 11, принимающих потоки от источника 3 света, излучающего на длине волны Я 2, вычисляются соответственно по формулам:6 =ьф) х. (3)0 = Ьи % )22 (4) где )г - пропускание оптического тракта (и:ключая световод) на пути от источника 3 света до фотоприемника 10;2 - пропускание оптического тракта на пути от источника 3 света до фотоприемника 11:Ф 2 - поток, излучаемый источником 3света на длине волны 12,С помощью выражений нетрудно убедиться, что в отношении сигналов1 11 5- , = --- т(Ь,п) (5)М 1 О 1 О 2 711 12Мг О 1 ОУ 1 г Уг 1исключено влияние флуктуаций мощностиисточников света, нестабильности характеристик фотоприемников и коэффициента пропускания гибкого волоконногосвето вода,Чувствительный элемент может бытьвыполнен в виде схемного элемента нарушенного полного внутреннегоотражания,изготовленного иэ оптического материала споказателем преломления, близким к показателю преломления исследуемой среды,Формула изобретения 20 Рефрактометр, содержащий источник света с длиной волны излучения Ь, оптически связанный с входом гибкого волоконного световода, чувствительный элемент в виде изогнутого участка свето вода и два фотоприемника, вход одного иэ которых оптически связан с источником света через световод, и блок обработки информации, соединенный с выходами фотоприемников, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта, в него введены второй источник света с длиной волны излучения А и генератбр импульсов, соединенный с обоими источниками света и блоком обработки информации, а вход второго фотоприемника оптически связан непосредственно с источником света, при этом входной торец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световода через интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, пропускающего излучение с длиной волны А 1 и отражающего излучения с длиной волны А 2, а выходной торец чувствительного элемента снабжен светоотражающим покрытием.1664629 рректор М Редактор А,Лежнин ши при ГКНТ С каэ 35 8 НИ ЛрФиг г оставитель Ю,Гриневхред М. Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва,Ж, Раувская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10