Способ определения оптической однородности крупки

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 3 и) РЕСПУБЛИ(71) Институт геологии Коми Научного центра Уральского отделения АН СССР (72) В,И,Ракин и П,П.Юхтанов(73) Институт геологии Коми Научного центра Уральского отделения АН СССР (56) Видро Л.ИХорольский Ю.ММироненко Л.А. Установка для контроля степени однородности стекла. - Стекло и керамика, 1960, М 8, с. 22 - 25.Шелюбский В.И. Новый метод определения и контроля однородности стекла. - Стекло и керамика, 1960, М 8, с. 17 - 22. веты фд;й показаатериала, емая точломл ения.фильтра. 2- тол тель пр Л - дли ность и Парам щина кюв еломлени на волны змерения етры про ты, пер - средни исследуемого м вета, д, - задава показателя пре странственного(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ КРУПКИ (57) Использование определение и контроль чистоты однородности минерального сырья при производстве стекла и монокристаллов. Сущность изобретения: монохроматический параллельный пучок света направляют через кювету, заполненную искусщего элементафрагмы,ледуемого мта, 3 ил. ЬаИзобретение относится к способам определения и контроля чистоты, однородности минерального сырья при производстве стекла и монокристаллов.Исследуемое стекло в виде порошка засыпают в прозрачную кювету с иммерсионной жидкостью, показатель преломления которой при начальной температуре опыта несколько больше показателя преломления стекла, Проходящий через кювету монохроматический свет, испытывая многократные отражения и преломления на границах стекГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ым материалом, залитым иммерсионкостью, и измеряют интенсивность щего света в процессе нагревания от температуры, при которой пока- преломления жидкости не станет й среднего показателя преломления емого материала, после кюветы на ета устанавливают пространственльтр, состоящий из фокусирующего а и диафрагмы, причем толщину кюпсР Л дбирают из условия Е = Р, где следуем ной жид проходя кюветы затель меньше исслеау пути .св ный фи элемент Лдбирают из условия -, где 5 -б ное расстояние фокусирую б - диаметр отверстия д средний размер частицы и териала, Л - длина волны с ло-жидкость, сильно рассеивается, в связи с чем интенсивность его резко уменьшается, При нагревании показатель преломления жидкости уменьшается значительно быстрее показателя преломления стекла и, по мере сближения показателей преломления двух фаз, рассеяние убывает, При совпадении показателей преломления среда становится максимально прозрачной и оптически однородной. При дальнейшем нагревании разность показателей преломления возрастает, что вновь увеличивает рассеяние и(4) 10 уменьшает прозрачность, Таким образом зависимость интенсивности света, прошедшего через кювету, от температуры показателя преломления) имеет вид колоколообразной кривой. Расчет степени неоднородности порошка затем производится по формулам где т - максимальное значение пропускания,у= бп/бТ - инкремент показателя преломления для иммерсионной жидкости, и - полуширина кривой светопропускания, ф= =3 - 5 - коэффициент определяемый степенью заполнения кюветы порошком,К недостаткам способа относится то, что кривая светопропускания не отражает реальное распределение частиц по показателям преломления, что подтверждается формулой (1), в которой показатель неоднородности порошка, так называемая дисперсия, зависит от высоты пика. Это приводит к невозможности исследования двупреломляющих материалов. Кроме того, для определения коэффициента пропускания согласно данному способу необходимо измерять непрерывно интенсивность падающего на кювету света, что на практике реализуется в дополнительном канале сравнения, и усложняет процесс измерения.Способ также не позволяет заранее задавать точность измерение среднего показателя преломления, и снижает ее при исследованиях сильно неоднородных проб, для которых максимальное значение пропускания значительно снижается,Целью изобретения является повышение точности измерения, упрощение измерений, а также расширение класса исследуемых объектов,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения оптической однородности крупки, в котором монохроматический пучок света направляют через кювету, заполненную исследуемым материалом и иммерсионной жидкостью, и измеря ют зависимость интенсивности проходящего света в процессе нагревания кюветы от температуры, при которой показатель преломления жидкости превышает показатель преломления исследуемого материала пср, до температуры при которой показатель преломления жидкости меньше среднего показателя преломления исследуемого материала, пучок света направляют на кювету толщиной где А - длина волны света, дп - задаваемаяточность измерения показателя преломления, на выходе которой установлен Фильтр,параметры которого выбирают из условия где 1 - фокусное расстояние фокусирующегоэлемента, б - диаметр отверстия диафрагмы, Ь - средний размер частицы исследуемого материала, при этом поперечныйразмер кюветы не превышает диаметра фокусирующего элемента.Изобретение поясняется чертежом, гдена фиг.1 приведена оптическая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 -зависимость интенсивности света от показателя преломления; на фиг.3 - тоже длядвупреломляющих веществ.Способ осуществляется следующим об 25 разом, Параллельный пучок монохроматического лазерного света направляют черезплоскопараллельную кювету толщиной 2,заполненную смесью крупки со среднимразмером зерна Ь и иммерсионной жидко 30 стью. Прошедший через кювету свет направляют далее через Фильтр, состоящий иэ .Фокусирующего элемента и диафрагмы,Свет прошедший через фильтр направляютна фотоприемник и измеряют интенсив 3 б ность падающего света в произвольных единицах,Размеры кюветы подбирают таким образом, чтобы поперечный ее размер не превышал диаметра входного зрачка фильтра, а40 толщина определялась формулой (3).Иммерсионную жидкость подбираюттаким образом, чтобы ее показатель преломления пж превышал показатель преломления крупки пер(в случае двупреломления -45 наибольшее значение) ма величину йорядка 0,02, Кювету со смесью равномерно нагревают и в процессе нагревания непрерывноизмеряют интенсивность лазерного света,попадающего на Фотоприемник в проиэволь 0 ной шкале единиц. Измерения проводят дотех пор, пока показатель преломления жидкости иж не опустится ниже показателя преломления крупки(в случае двупреломления -его наименьшего значения) на величину55 0,02,Полученную таким образом зависимость интенсивности света от температурысмеси преобразуют в зависимость от показателя преломления путем использованияточностью до постоянного коэффициента. 5 10 15(5) закона изменения показателя преломленияиммерсионной жидкости от температуры,Для оптически изотропного веществаполученная кривая представляет собой с распределения числа частиц по показателям преломления в исследуемой навеске. Используя представление о нормальном распределении частиц вблизи среднего значения показателя преломления в данной пробе, определяют степень однородности как среднее квадратичное отклонение, связанное с полушириной кривой на фиг.2 формулой: где сг - среднее квадратичное отклонение, и - полуширина кривой, Среднее значение показателя преломления крупки определяют по координате максимума на кривой зависимости интенсивности света от показателя преломления (фиг,2). Точность измерения среднего показателя преломления и полуширины по полученной кривой не должна превышать расчетную точность измерения дл (см. формулу 3),Для двупреломляющих веществ получаемая зависимость имеет вид, представленный на фиг.З. Для определения степени однородности показателя преломления находят значение коэффициента преломления соответствующее максимуму на кривой. Это значение показателя преломления соответствует значению показателя преломления для обыкновенного луча в кристалле. Найдя полуширину кривой в сторону наиболее крутого спада, считают зто значение показателем неоднородности данной пробы и связывают со средним квадратичным отклонением (формула 5 ),П р и м е р 1. Берут навеску 300 мг крупки плавленого кварца фракции 0,25 - 0,5 мм. Устанавливают точность измерения среднего показателя преломления, равную 0,5 10 . Согласно формуле (3) толщина кюветы должны быть равна около 4 мм, Помещаю крупку в плоскопараллельную кювету толщиной 4 мм. Пространственный фильтр подбирают со следующими характеристиками: 1 = 200 мм, б = 0,3 мм. для соблюдения условия (4),В кювету доливают толуол, имеющий следующую зависимость показателя преломления от температуры, начиная с 20 С: пж = 1,4941 - 5,73 10 (Т - 20) (6) Зависимость получена для длины света0,6328 10мм,20 25 30 35 40 45 50 55 Процесс нагревания начинают с 20 и проводят до 106 С, а регистрируют интенсивность проходящего света через фильтр только с 50 до максимального значения температуры. Общее время нагревания - 20 мин.Полученная зависимость интенсивности света от показателя преломления иммерсионной жидкости с учетом формулы (6) представлена на фиг.2. Средний показатель преломления для данной навески кварцевого стекла равен 1,4572. При полуширине кривой 3,2 10 среднее квадратичное отклонение (степень неоднородности пробы) составляет согласно формуле (5) - 2,710Таким образом данная проба кварцевого стекла характеризуется показателем преломления и = 1,4572 1 0,0027,В результате достигнута необходимая точность измерения среднего показателя преломления и использована одноканальная оптическая схема.П р и м е р 2. Берут навеску дробленного кристаллического кварца массой 200 мг фракции 0,5 - 0,63, Точность измерения среднего показателя преломления устанавливается не превышающей 10 . Толщина кюветы 2 мм при этом достаточна, Крупку помещают в плоскопараллельную кювету толщиной 2 мм,Пространственный фильтр подбирают со следующими характеристиками: 1 =500 мм, б = 0,5 мм, В качестве иммерсионной жидкости используют бромбензол, имеющий следующую зависимость показателя преломления от температуры на длине волны лазерного света (Не-йе лазер) 0,6328 мкм;пж = 1,5546 - 4,87 10 (Т - 20) (7)Процесс нагревания и измерения интенсивности прошедшего света начинают с 20 С и проводят до достижения 60 С. Общее время измерения составляет 10 минут, Полученная зависимость с учетом формулы (7) представлена на фиг,З. Несимметричность кривой связана с рвупреломлением кристаллического кварца, причем показатель преломления необыкновенного луча пе больше показателя преломления обыкновенного луча п 0. Максимальное значение интенсивности соответствует среднему показателю преломления для обыкновенного луча по = 1,5434. Полуширина кривой, отсчитываемая в сторону меньшего показателя преломления, согласно способу равна 5,6 10 . Тогда среднее квадратичное отклонение, обусловленное неоднород-зполушириной, составляет 4,7 10Таким образом, показатель преломления для обыкновенного луча для данной пробы кварцевой крупки равен;по = 1,5434 + 0,0047В результате измерен средний показатель преломления для обыкновенного луча по данной пробе кварца и с необходимой точностью 10 . Формула изобретения Способ определения оптической однородности крупки, в котором монохроматический параллельный пучок света направляют через кювету, заполненную исследуемым материалом и иммерсионной жидкостью, и измеряют зависимость интенсивности проходящего света в процессе нагревания кюветы от температуры, при которой показатель преломления жидкости превышает средний показатель преломления исследуемого материала пр, до температуры, при которой показатель преломления жидкости меньше среднего показателя преломления исследуемого материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения иэмере ний, а также расширения класса исследуемых объектов, пучок света направляют на кювету с толщиной гдето - длина волны света, д, - задаваемаяточность измерения показателя преломления, на выходе которой установлен фильтр,15 состоящий из фокусирующего элемента идиафрагмы, параметры которой выбираютиэ условия - ;, где т - фокусное расстоЬ(3 Хяние фокусирующего элемента, б - диаметр20 отверстия диафрагмы, Ь - средний размерчастицы исследуемого материала, при этомпоперечный размер кюветы не превышаетдиаметр фокусирующего элемента,1819347 Составитель В, Ракинедактор Техред М. Моргентал Корректо етраш изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина Заказ 1953 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5