Рефрактометрическая система

СОК)З СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 й 21/4 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ИС ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ Изобретение ной технике, а бо измерения конце ролитов, наприм ды. енного хег,2 птическая темы; на ф ервой и вт второй д мого транс ния пер к распред жении пе ных значе о увеличерации расмерения ной электнении выфорвой елервой ниях ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 757944, кл. 6 01 й 21/41, 1977.Авторское свидетельство ЧССР М 168113, кл. 6 01 й 21/41, 1971,(54) РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к средствам измерения концентрации растворов электролитов, например солености морской воды. Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации растворов. Рефрактометрическая система содержит источник излучения, кювету в виде двух оптических элементов, формирующих пространство между ними в форме линзы, и фотоприемник. Дополнительно в относится к измеритель- ее конкретно к средствам трации растворов электр солености морской воЦелью изобретения являет ние точности измерения кон цен творов путем совмещения и показателя преломления и удел рической проводимости при сохр Я 2 1689806 состав системы введены два объектива и две диафрагмы прямоугольной формы. Линза выполнена цилиндрической. Первая диафрагма и первый объектив размещены между источником излучения и первым оптическим элементом, а второй объектив и вторая диафрагма - между вторым оптическим элементом и фотоприемником таким образом, что в сечении, перпендикулярном образующей цилиндрической поверхности, оптически сопряжены точки плоскостей первой и второй диафрагм. Кромки диафрагм параллельны образующей, а кромка второй диафрагмы смещена относительно сопряженных точек кромки первой диафрагмы при максимальном или минимальном значениях диапазона измерений на расстояние = 1 геом + +(15) 10 1, где геом - геометрическая ширина первой диафрагмы; 1 - фокусное расстояние второго объектива. Два оптических элемента выполнены из монолитной детали. 3 ил. сокого пространственно-врем шения,На фиг.1 представлена о ма рефрактометрической сис - взаимное расположение п диафрагм и расположение рагмы относительно получае мированного изображе диафрагмы; на фиг.3 - графи н освещенности в изобра д рагмы при фиксированпоказателя преломления исследуемого раствора.Рефрактометрическая система содержит источник 1 излучения, первую диафрагму 2 и первый объектив 3, кювету в виде двух оптических элементов 4 и 5, формирующих пространство между ними в форме цилиндрической линзы 6, второй объектив 7 и вторую диафрагму 8, фотоприемник 9. Оптические элементы 4 и 5 могут быть выполнены из монолитной детали. Образующая цилиндрической поверхности линзы 6 перпендикулярна оптической оси объективов 3 и 7, 8 стенке корпуса 10 сделаны два противолежащих отверстия, через которые происходит заполнение обьема исследуемым раствором,Система работает следующим образом. Излучение, испускаемое источником 1, попадает на расположенную в непосредственной близости от него диафрагму 2, которая формирует излучающую поверхность в виде прямоугольника. Далее излучение направляется объективом 3 через оптический элемент 4 на жидкостную цилиндрическую линзу 6 (рассеивающую, если показатель преломления раствора меньше, чем показатель преломления материала, из которого сделаны оптические элементы 4 и 5, и собирающую в противном случае). Оптическая система юстируется таким образом, что в граничной точке предела измерений (т,е. при максимальном или минимальном значении показателя преломления исследуемой жидкости, для измерения концентрации которой предназначена рефрактометрическая система, например и = 1,3 для водных растворов кислот, солей, щелочей) лучи, вышедшие из цилиндрической линзы б через оптический элемент 5, фокусируются объективом 7, образуя трансфоомированное изображение первой диафрагмы 2,В плоскости изображения установлена вторая диафрагма 8, кромка которой смещена относительно сопряженных точек кромки первой диафрагмы 2 таким образом, что перекрывает большую часть сфокусированного изображения (79.90 О по площади). На фиг,2 показано взаимное расположение диафрагм 2 и 8 и получаемого трансформированного изображения 11. При этом каждая точка первой диафрагмы преобразуется в плоскости установки второй диафрагмы в линию, параллельную образующей цилиндрической поверхности. График распределения освещенности Г 1 рансформированного изображения по оси У представлен на фиг,З,Лучи, вышедшие из диафрагмы 8, попадают на фотоприемник 9.При изменении концентрации раствораизменяется показатель преломления и5 удельная электрическая проводимость жидкости цилиндрической линзы 6, и световойпоток расфокусируется в плоскости диафрагмы 8, Чем больше изменение показателяпреломления исследуемой жидкости, тем10 больше расфокусировка изображения диафрагмы, и соответственно увеличивается сигнал на выход фотоприемника 9, Порезультатам одновременного измеренияпоказателя преломления и удельной элект 15 рической проводимости исследуемой жидкости можно определить концентрациюраствора,Режим работы рефрактометрическойоптической системы, реализующей гонио 20 метрический метод измерения показателяпреломления, определяется угловыми параметрами светового пучка, т.е, линейное смещение кромки второй диафрагмыотносительно первой должно быть задано в25 зависимости от фокусного расстояния второго объектива. При этом режим работы системы, реализованный при расположениикромки второй диафрагмы соответственносопряженным точкам кромки первой диаф 30 рагмы, не является оптимальным, посколькудополнительное смещение на величину(1.5) 10 12 позволяет уменьшить фоновую-3засветку при сохранении практически тогоже значения крутизны характеристики пре 35 образования. Эти данные получены путемобобщения результатов расчета ряда реализаций оптических систем (по типовым программам расчета хода лучей черезоптическую систему) и подтверждены лабо 40 раторными испытаниями опытного образцарефрактометрической системы.Эффективность системы состоит в повь 1 шении точности измерения концентрации раствора за счет повышения точности45 прямых измерений показателя преломления и удельной электрической проводимости обьема жидкости, ограниченногоцилиндрической поверхностью,В рефрактометрической системе может50 быть достигнуто в десятки и сотни раз большее изменение освещенности при том жеизменении показателя преломления, что и всистеме-прототипе, поскольку, благодаряналичию двух дополнительных обьективов55 обеспечивается проецирование всего светового потока, прошедшего через исследуемый раствор, в плоскость второйдиафрагмы, При этом световое пятно в плоскости второй диафрагмы имеет форму полосы (благодаря первой диафрагме и свойствам цилиндрической жидкостной линзы), которая при минимальном или максимальном значении показателя преломления перекрывается этой диафрагмой так, что из-за 5 нее выходит и попадает на фотаприемник малая (фоновая) часть светового потока (110 оь). Как видно иэ графика (фиг.З), незначительное изменение показателя преломления приводит к размытию границы 10 светового пятна и выходу части светового потока из-за второй диафрагмы. Рефрактометрическая система. позволяет реализовать максимальную чувствительность при любой конфигурации и размерах чувстви тельной площади фотоприемника. Это очень важно, так как увеличение размеров приемной площадки ведет к росту шумов фотоприемника и увеличению погрешности измерения, 20Формула изобретенияРефрактометрическая система измерителя концентрации электролитов, содержа щая последовательно установленные источник излучения, кювету, стенки которых выполнены в виде двух оптических элементов, герметично соединенных со стенкой корпуса, и фотоприемник, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения точности измерения, в устройство дополнительно введены два объектива и две диафрагмы прямоугольной формы, внутренние поверхности оптических элементов стенок кюветы выполнены цилиндрическими, одна из диафрагм и один из объективов размещены последовательно между источником излучения и кюветой, а другие объектив и диафрагма - между кюветой ифотоприемником так, что точки плоскостей диафрагм оптически сопряжены в сечении, перпендикулярном образующей цилиндрической поверхности кюветы, кромки диафрагм параллельны образующей, а кромка одной из диафрагм смещена относительно сопряженных точек кромки другой диафрагмы при максимальном или минимальном значениях диапазона измерения на расстояние= геом (1 5) 10 Фа,где 1 геом - геометрическая ширинадиафрагмы, размещенной между источником излучения и кюветой; 1 - фокусное расстояние обьектива, размещенного между кюветой и фотоприемником.1689806 00 Ри. 2 Корректор М.Шарош дактор О.Юрковецка каэ 3807 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина Е,пти. еУ