Устройство для измерения показателя преломления светорассеивающей среды

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 80159 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фотоэлектрический блок регистрации,вводится дополнительно блок обработки электрических сигналов, входыкоторого нагружают выходы фотоэлекрического блока регистрации, выполненного на базе четырехплощадочногофотоприемника и узла регистрации.Два выхода этого блока, сигналы вкоторых г ропорциональны неравномерности освещенности фотоприемникапо двум взаимноперпендикулярным осявключены на входы электромеханического узла двухкоординатного перемещения, механически жестко связанного со светоделительным кубиком. Третий выход, .сигнал в котором пропорционален суммарной освещенности фотоприемника, включен на управляющий вход механизма вращения, жестко связанного с анализатором, и навход узла регистрации, второй входкоторого соединен с анализ.:тором,Электрический сигнал с анализаторапропорционален углу :.го поворот,Блок .обработки сигналов содержитфазочувствительные выпрямители,опорным сигналом которых являетсясигнал управлениямодулятором Фара.дея, 3 ил,т КАИзо ческойью изобретения являе ческоииспользлей прелционарнких как ире иоа ср(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТОРАССЕИВАИ ЩЕЙ СРЕДЫ(57) Изобретение относится к физической оптике, в частности к оптической рефрактометрии, и может бытьиспользовано для измерения показателей преломления различных светорассеивающих сред как стационарных,так и нестационарных, таких какрастворы, суспензии, газовые среды.Целью изобретения является повышение точности и экспрессности измерений. Для этого в устройство, содержащее интерферометр, поляризационные блоки, оптический фильтрующийблок, блок-анализатор поляризации,етение относится к физиптике, в частности к оптиефрактометрии, и может быть вано для измерения показатеомления стационарных и нестах светорассеивающих сред, тарастворы, суспензии и газоы,шение точности и экспрессности и рений показателя преломления а же уменьшение трудоемкости и расш ния диапазона измерений на нестац нарные рассеивающие среды.На фиг.1 представлена блок-схе предлагаемого устройства для изме25 Излучателем служит одномодовый лазер ЛГНА, для компенсации разности хода разделенных пучков применяются фазовые клинья. Поляризационные блоки состоят иэ поляроидов и Фа-.50 зовых пластинок Ъ/4", Формирующих циркулярную поляризацию излучения.Оптический фильтрующий блок, осуществляющий Фильтрации пространственных частот, содержит конфокально рас 55 положенные микрообъектив и длинно- Фокусный объектив с микронной диафрагмой в фокальной плоскости. ния показателя преломления светорассеивающей среды; на Фиг.2 - схемаблока обработки электрических сигналов; на Фиг.3 - оптическая схемаустройства.Устройство для измерения показателя преломления светорассеивающейсреды состоит из излучателя 1, светоделительного блока 2, блока 3нейтральных ослабителей оптическогоизлучения, блока 4 компенсации разности хода разделенных пучков, поляриэационных блоков 5, кюветы 6 с исследуемым веществом, оптического 15Фильтрующего блока 7, смесителя 8 пучков излучения, анализатора 9, четырехплощадочного фотоприемника 10,блока 11 обработки электрических сигналов, узла 12 двухкоординатного пере мещения, смесителя 8 пучков излучения, узла 13 вращения анализатора 9и узла 14 регистрации,Блок 11 обработки электрическихсигналов имеет четыре идентичныхвхода, нагруженных выходами соответственно каждой из четырех площадокфотоприемника. Он включает последовательно соединенные четырехканальныйусипитель 15, сумматор 16, инвертор17, сумматор 18, Выходы сумматора17 соединены через компараторы 19 ифазочувствительные выпрямители 20 сузлом 12 двухкоординатного перемещения смесителя 8. Выход сумматора 16,на котором суммируются все входныесигналы также соединен через компара"тор 19 и фазочувствительный выпрямитель 20 с узлом 13 вращения анализатора 9. Опорные. входы фазочувствительных выпрямителей 20 соединены свыходом модулятора 21 Фарадея, которыйсовместно с узлом 12 двухкоординатного перемещения и узлом 13 вращения соединены с трансформатором 22,45Устройство работает следующимобразом,Излучение одномодового лазера,пройдя коллиматор, формирующий плоскую волну, попадает на светоделительный кубик 2, который вместе с зеркалами и смесителем 8 пучков излучениясоставляет в совокупности интерферометр. Блок 3 нейтральных ослабителейслужит для выравнивания интенсивностей в плечах интерферометра, для компенсации разности хода разделенныхпучков применяются клинья, Поляроиды и фазовые пластинки Ъ/4" поляризационного блока 5 формируют две ортогональные циркулярно поляризованные волны в плечах интерферометра.За кюветой 6 с исследуемой светорассеивающей средой, помещенной в объектном канале интерферометра, расположен оптический Фильтрующий блок 7,состоящий иэ 2 идентичных конфокально расположенных объективов с Фокусными расстояниями 30 мм с микронной( 20 рш) диафрагмой в фокальной плоскости, служащий для выделения рассе -янного излучения с нулевой пространственной частотой, На выходе интерферометра .в результате интерференциидвух ортогонально циркулярно поляризованных пучков имеется линейно поляризованное излучение с азимутом, который определяется разностью ходаинтерферирующихпучков,Блок-анализатор поляризации вместе с фотоэлектрическим блоком регистрации служит для измерения азимута линейной поляризации результирующего излучения на выходе интерферометра. На модулятор Фарадея подается переменное синусоидальное напряжение определенной. частоты ) , спомощью чего раскачивается плоскостьполяризации результирующего излучения. Вращая анализатор, добиваютсяудвоения частоты 2 1 сигнала., регистрируемого Фотоэлектрическим блоком.Снимая отсчет угла поворота анализатора, находят азимут линейной поляризации, Возникшая в результатевнесения рассеивающих частиц в средуразность азимутов поляризации Ь ь 6однозначно связана с изменением показателя преломления 1 пЬ 0380 1где- длина волны;1- толщина кюветы,35 Последовательность операций поизмерению разности показателейпреломления Ьп следующая, С помощьюнейтрального ослабителя 3 компенсаЭ5, тора 4, перекрывая порчередна пучкив плечах интерАерометра, добиваются равенства интенсивности и оптических путей интерферирующих,пучков.Затем, приблизительно настроив интерАерометр на "нулевую полосу (чтоконтролируется визуальнов пределахполовины полосы, включают автомати-.ческую систему точной подстройки на"нулевую" полосу и удержания минимума интенсивности,Четыре сигнала а, Ь, с и Й попа-дают на блок 13 операционных усилителей,и усиливаются до значений А, В,С и П. С помощью сумматора.16 и инвертора 17 формируются сигналы (А +(А + В + С + П). На выходе сумматора 18 формируются управляющиесигналы Х = (А + П) - (В + С) У = 25(А + В) - (С + П), характеризующиесоответственно горизонтальную и вертикальную неравномерности освещенности Аотоприемника. Вместе.с общимсигналом ,К= А+В+С+П, характеризующим 30общую суммарную освещенность фотоприемника, сигналы Х и У поступают навходы трех каналов, каждый из которых состоит из компаратора 19, Аазо.чувствительного выпрямителя 20,опррным сигналом которого являетсясигнал управления модулятором 2 Фарадея, моторов узлов 12 двухкоординатнаго перемещения смесителя 8 пучков излучения и узла 13 вращения анализатора, трансформатора 8, управляю-.щих узлов двухкоординатнаго перемещения светоделителя (Х и У) и механизмом вращения анализатора (Е).В зависимости от знака сигналовХ и У подается положительное или отрицательное напряжение на моторы,которые через систему редукторов, составляющих вместе с мотором узел двухкоординатного перемещения передают 50поступательное движение на смеситель8 пучков излучения, качая егаво взаимно перпендикулярных направлениях,обеспечивая таким образом подстрой-,ку на "нулевую" интерференционную55полосу, до достижения полной равномерности освещенности Аотаприемника,что соответствует Х .= У = О, Суммарный сигнал управляет мотором, вращающим через зубчатую передачу анализатор да достижения минимального значения Х . Таким образом обеспечивается удержание минимума ,. :в процессе измерения,Узел регистрации содержит вычислительное устройства и транскриптор с циАропечатью, позволяющие автоматически пересчитывать угол поворота анализатора в значение разности показателя преломления Дп, запоминать ега с малым временным интервалом ( 60 мкс) и выдавать графическую зависимость п = Х(С). Автоматическая настройка на нулевую интерференционную полосу повышает точность в 2-3 раза и обеспечивает хорошую воспроизводимость результатов измерений.Формула и з обретения Устройство для измерения показателя преломления светорассеивающей среды, содержащее источник излучения, оптически связанный с входом двуплечего интерферометра, имеющего смеси- тель пучков, в опорном плече которого последовательно установлены по ходу излучения нейтральный ослабитель, компенсатор разности хода лучей, поляризатор и фазовая четвертьволновая пластинка, а в рабочем плече интерфераметра установлены по ходу излучения аналогичные поляризатор и четвертьволновая пластинка, кювета и оптический фильтрующий блок в виде двух объективов и расположенной между ними диаАрагмы, на выходе интерферометра па ходу излучения последовательно установлены модулятор Фарадея, анализатор, фотоприемник, а также узел регистрации, а т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше-. ния точности и экспрессности измере-. ний, в устройство дополнительно введены блок обработки электрических сигналов и управления, электромеханический узел двухкоординатного перемещения и узел вращения, при этом указанные узлы соединены соответственна со смесителем пучков интерферометра и анализатором, а узел вращения анализатора соединен е узлом регистрации, при этом чувствительная площадка Аотоприемника выполнена в виде четырех равных площадок, а бло 1 обработки электрических сигналов и управления включает последовательно7соединенные четырехканальньп 1 усилитель, входы каждого канала которого соединены с соответствующими четьрыщя площадками фотоприемника сум 9 5 матор сигналов со всех четь 1 рех вхо-.дов, а также сигналов первого итретьего Входов с сигналами второго и четвертогр входов, входы которого соединены с соответствующими выхода О ми каналов четырехканального усилителя, инвертор двух сигналов, соединенный с выходами сумматора сигналов третьего входа с вторым и четвертым, другого сумматора сигналов 15 второго и четвертого, а также перво- гЬ и третьего входов, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами основного сумматора сигналов первого входа с вторым и четвертым, а третий и четвертый входы соединены с соответствующими первым и вторым выходами инвертора, выход сумматора сигналов со всехчетырех входов соединен через компаратор и фазочувствительный выпрямительс узлом вращения, а каждый из выходов другого сумматора сигналов соединен через другие компараторы и фазочувствительные вцптрямители с соответствующими входами электромеханического узла двухкоординатного перемещенияпри этом опорные входы всех фазочувствительных выпрямителей соединены смодулятором Фарадея,1599723 Составител Техред Л,С Голубе Бескид Редактор Т. Парфенов ор око Заказ 3137 Тираж 513ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская одписно и открытиям при ГКНТ СССР б.,л. Гагарина, 01 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго