Способ измерения показателя преломления поглощающих сред

,.80;, 152040 УБ 504 С 01 Я 21/4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТпО изОБРетениям и ОтнРытиямОРИ ГИНТ СССР Н АВТОИНОМУ СВИДЕ(56) Лейкин М;В. и др. Отражательная рефрактометрия,- Л.: Машиностроение, 1983 с. 83-132.Згцка 1 зкх 3савау Л. Ро 1 зЕ 1 е оргасоюапа я дгеЫг 1 пье геХга 1:гошеггдь. рггешуз 1 оме 3, - Рошз.агу АоЬмп. Коптюг.1970, ч. 16, У 6, р. 272-274. Изобретение относится к технической Физике, а именно к области рефрактометрических измерений оптических постоянных сред.Целью изобретения является повьппение точности измерений,На Фиг. 1 нокаэана структурная схема одного из возможных вариантов устройства для реализации способа; на Фиг. 2 . - кривые зависимости интенсивности света 1 от угла падения с и кривые, иллюстрирующие эффект дополнительной модуляции интенсивности света ЙХ, вызванной дополнительными периодическими изменениями угла падения до относительно установленной величины угла падения Ыустройство для измерения показателя преломления прозрачных и поглощаю (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД (57) Изобретение относится к рефрактометрическим измерениям. Цель изобрете" ния - повышение точности измерения показателя преломления сред с показателем поглощения х . Одновременно периодически изменяют угол падения на величину до, (0,002+ х) радиан с частотой у и плавно изменяют угол падения с, из спектра сигнала выделяют переменную составляющую, детектируют ее, изменяют угол а до положения при котором амплитуды обоих полупериодов продетектированного сигнала наибольшие и равны между собой. 2 ил. щих сред содержит источник 1 света и установленные по ходу лучей конденса- р тор 2, щелевую диафрагму 3, коллиматор 4, ограничивающую диафрагму 5, элемент 6 нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), изготовленный ффффф из высокопоглощающего стекла в виде СР четвертой части цилиндра в сочетании ФВЬ с отрицательной цилиндрической линзой 7, интерференционный фильтр Я и фото- приемник 9, Одна из плоских граней четверти цилиндра соприкасается с контролируемой средой 10, а на поверхности второй грани нанесено зеркальное покрытие 11. Ребро, образованное этими гранями, совмещено с осью вращения лимба 12, Непосредственно перед отрицательной линзой 7 одЬ новременно в падающем и в отраженномпараллельных пучках света установлены последовательно два одинаковых оптических клина 13 и 14 с углами отклонения луча а 1 1 с=2 с 0)15 Рад у Один из которых, например клин 13, закреплен на корпусе, а другой клин 14 закреплен на упругих элементах вибратора 15, содержащего катушку 16 возбуждения, Непосредственно к фотоприемнику 9 подключен усилитель 17. 10 Пороговое устройство 18 настроено на срабатывание при достижении амплитуды постоянной составляющей сигнала Фотоприемника 9 более 0,85 от максимального значения, а второе пороговоеустройство 19 - при уменьшении амплитуды менее 0,35.Выход усилителя 17 подключен к двухполупериодному выпрещталю 20, )нагрузкой которого является активный фильтр 21, выход которого Через ключ 22 может подключаться к обмотке уп-, равления реверсивного двигателя 23, Ключ 22 подключен к обмотке трансформатора 24 и микропроцессору 25, Микропроцессор 25 подключен к пороГОНЫм устройствам 18 и 19, к Фотоэлектрическому датчику 26 угловых перемещений, который контролирует поворот . элемента 6 НПВО и тем самым угол па дения Ы, ЬЫкропроцессор 25 имеет выходы для подключения индикатора 27, дисплея и печат,"вщего устройства 28.Способ Осуществляется следующим образом. 35Сформированный элементами 1-4 коллимированный в плоскости падения пучок света проходит ограничивающую диафрагму 5, оптические клинья 14 и13, отрицательную линзуи практи чески без изменения направления распространения падает на границу раздела элемента 6 НПВО с исследуемой средой 10. Поверхность зеркального покрытия 11 перпендикулярна этой гра нице раздела, т,е. рабочей поверхности, и согласно принципу работы уголкового отражения после вторичного отражения От зеркального покрытиясвет возвращается строго параллельно падающему. Далее свет вторично проходит отрицательную линзу 7, клинья 13 и 14, интерферепционпый фильтр 8 и воспринимается Фотоприемником 9. Под воздействием изменякнцегося с частотой магнитного потока катушки 16 возбуждения ротор вибратора 15 вместе с оптическим клином 14 совершает гармонические колебания также с частотой 1 ОтНоСИтельно положЕНИя г;стояния покоя с небольшой амплитудой, например, 1 Э "0,013-0,087 рад. Пусть, например, показатель преломления исследуемой среды и , 1,392-З 0,01,лэлемент б НПВО и отрицательная линза 7 изготовлены из стекла с показателем преломления по = 1,74009, а амплитуда колебаний клина 14 р =0,0087 рад. Тогда зависимость 1 = ГЬ Г 1 Ж) на Фиг. 2 можно отобразить кривой 29. В результате колебаний клина 14 дополнительно к конкретному плавно изменяющемуся значению угла падения о, например о, происходят дополнительные периодические изменения по гармоническому закону с частотой ы изменения угла падения аф=4 дмас р = 015" 0,058 = 0,0087 рад что на Фиг. 2 можно отобразить кривыми 30-32. В результате в спектре сигнала фотоприемника, воспринимающего отраженный свет, кроме постоянной составляющей, пропорциональной интенсивности света 1 , присутствует переменная составляющая, пропорциональная д 1 (Фнг, 2, кривые 33-35). Если угол Ы значительно меньше критичес 1лКОго с "ф аГсз 1 п(п /п)то кривая д 1 (фиг, 2, кривая 33) не симметричнаотносительно среднего значения, т,е, амплитуда первой полуволны больше амплитуды второй полуволны. В этом случае после предварительного усиления и двухполупериодного детектирования, кроме составляющей 2 ы , в спектре продектированного сигнала присутствует также первая гармоника частоты ы, которая проходит активный Фильтр.21, ключ 22 и подается на обмотку управления реверсивного двигателя 23. Обмотки возбуждения и управления двигателя 23 включены так, что в этом случае вращение лимба 12 с элементом б прОисходит В сторону о т.е, в сторону увеличения угла паде- НИЯ а 1 .Если угол о, например, несколькобольше критического, кривая В 1 фиг.21кривая 34) также не симметрична относительно среднего значения, но в другую сторону, т.е. амплитуда сигнала первого полунериода меньше второго.В этом случае в спектре продетектиро- . ванного сигнала также присутствует первая гармоника частоты 1 о, но ее Фаза отличается на 11 радиан по отношению к фазе сигнала, который мы рассматривали при угле падения Ы 1. По1520404 6и- кривой зависимости 1=1 Я,п,й), т.е.ен- кривые становятся более пологимиь- (фиг. 2, кривая Зб), Следовательно,5для нормальной работы способа требуется некоторое увеличение амплитудымодуляции по углу йЫ (фиг. 2, криваяом 37). При этом требуемая симметрийе- сигнала Л 1 сохраняется при том же1 О значении угла падения, который был быя найден, если эта же среда была бы него поглощающей (фнг, 2, кривая 38), Суменьшением ж кривые 1=1(Ы, и, Ж)становятся более крутыми (Фиг. 2,кривые 39 и 40) и амплитуда модуляциитребуется минимальной, например (Фиг,2,ои кривая 41) дд =0,002. Исследования нэксплуатация способа показывают, чтооптимальная величина амплитуды модуля 26 ции по углу падения должна быть примерно в пределах аЫ . 0,002+ Х . Нриэтом, точной информации о величинепоказателя поглощения исследуемойсреды у не требуется. В крайнем слу". 25 чае достаточно знать, что среда непоглощающая ( й О), слабо поглощающая(10 с у с 10-э) или обладает значительт ным поглощением (10с Ж с 10 2).чтобы установить требуемую ампли"3 О туду модуляции соответственно,; ДЫ,"-0,002 Ы -0,003 илиФ(р 0,012,В устройстве амплитуда модуляции регулируется микропроцессором 25 впроцессе пробных измерений путемувеличения амплитуды возбуждения катушки 1 б вибратора, если переменнаясоставляющая сигнала Ьотоприеыникапри найденном угле с окажется меньс- ше определенной величины. этому двигатель 23 вращается в прот воположную сторону и лимб 12 с элем том 6 поворачиваются в сторону умен шения угла падения а, т.е. опять в сторонуо .Из Фиг, 2 видно, что в процессе плавного изменения описанным способ угла падения найдется такой угол пад ния И , при котором переменная сос/.тавляющая сигнала д Х (Фнг. 2, крива 35) симметрична относительно средне значения, амплитуды обоих нолуперио дов продетектированного сигнала наи ,большие и равны между собой, В этом случае в спектре продетектированного сигнала отсутствуетсоставляющая перв гармоники частоты ы, сигнал на обмотке управления двигателя 23 отсут ствует и двигатель останавливается, а датчик 26 угловых перемещений Фиксирует угол Ы , который,как показа ли исследования, меньше о, на вели чину 10вхп . Ы. Иикройроцессор 25 согласно, равенству вп,зхп ( 4 + .+ 10 э зхв Ы ) вычисляет искомую ве личину показателя преломления погло щиощей исследуемой среды, индицируе его ча табло индикатора 27 и резуль тат измерений Фиксируется на печата ющем устройстве 28.Ксли первоначально угол падения света настолько мал, что постоянная составляющая интенсивности света 1с О,З отн. ед. либр настодько ве лик, что 1 Ъ 0,85 отн.ед., в этих сдучаяХ срабатывает. соответственно дибо пороговое устройство 19, либо пороговое устройство 18, ьвкропроце сор 25 выдаат соответствующую команду на ключ 22 и на обмотку управления двигателя 23 подается неременный сигнал частоты с соответствующей Фазы до тех пор, пока уровень постоянной составляющей интенсивности света в относительных едиыицах окажется в пределах 0,35 1 с 0,85, т.е. до возвращения пороговых устройств 19 и 8 в исходное состояние. Затем по команде микропроцессора 25 ключ 22 переводится в состояние,.при котором выход Фильтра 21 снова подключается к обмотке управлечия двигателя 23 и поиск угла падения с снова ведется следящей системой описанным выше способом.Из Фиг, 2 следует, что с ростом показателя поглощения у исследуемой среды наблюдается существенный наклон Иикропроцессор 25 управляет работой всего устройства и том числе производит темгаратурнув коррекцию (электронньй термометр на чертежах не показан), обработк .результатов измерений и т.д, Лредлагаемьй способ позволяет ре.;-.тть важную актуальную задачу измерения.показателя преломления поглощающих сред простьии средствами с высокой точностью +(1-3) 10 " в диапазоне и= 1-1,7. Его реализация намного проще известных отражательных рефрактометров. Формула изобретения Способ измерения показателя преломления поглощающих сред, включаюпдй направление коллнынрованного пучкасвета на границу контакта исследуемой среды с прозрачной высокопреломляняцей средой с известным показателем преломления и, со стороны этой5 среды, периодическое изменение угла . падения пучка света, фотоэлектрическую регистрацию отраженного границей контакта сред пучка света, определение по ее результатам критического угла падения света Ы , по которому рассчитывают показатель прелоипения а поглоцаюцей среды по формуле й=пф зп ф о т л и ч а ю ф и й с я тем, что, с цельв повышения точности, 5 при фотоэлектрической регистрации от-, раженного света из зарегистрированного сигнала выделяют переменнук составлякицую н подвергают ее двухнолупериодному детектированию, причем периодическое изменение угла паденияпучка производят на величину Ы ,равную ды = 0,002+й) рад., где м.показатель поглощения исследуемой среды, при этом дополнительно изменяютугол падения с до некоторой величиныЫ, при которой амплитуды обоих полупериодов продетектнрованного сигналамаксимальны и равны между собой, акритический угол падения определяютпо формуле е( о+ 10 з вы о1520404 Составитель СГолубевРедактор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык тор Л,Пата Заказ 6749/44 . Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, Моск89 одпис ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 роизводственно-и 1 1 Юета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССа, Ж, Раушская наб., д, 4/5