Автоматический рефрактометр полного внутреннего отражения

(5) 8 0 И ЬСТВ ов,П.С.Тараучно-исследователь ально-конструкторовольственного малевич М.И.ров с обътоконтраст . ханическая 1, с.56-58э ел ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМ,Ф С(56) 1. Иакарян Э.С ШмО погрешности рефрактомеективной регистрацией свной границы, -"Оптико-мепромышленность", 1977, М2. Патент ФРГ М 1060к . а О 1 Н 21/43, 42 Ь,опублик. 965 (прототип )(54 ) (57 ) 1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ РКФРАКТОМЕТР ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ, содержащий последовательно располо .женные источник излучения, оптическую систему, дифференциальный анализатор с блоком фотоприемников, соединенный с блоком выходного сиг-. нала, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения конструкции прибора и повышения точности измерений, дифференциальный анализатор выполнен в виде двух расположенных в одной плоскости прямоугольных и взаимно перпендикулярных щелей,2. Рефрактометр по п.1, о т л и. ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения прямых измерений, одна .сторона одной щ и выполнена профилированной. С:Изобретение относится к технической физике и обеспечивает создание простых и высокоточных фотоэлектрочных автоматических рефрактометров критического угла. Эти рефрактометры применяются для измерения показателя преломления жидких сред, а также для Определения по этому показателю содержания сухих веществ или концентрации продукта, 10Известен автоматический рефрактометр, критического угла, работающий по измерчтельной дифференциальной схе-ме с опорным уровнем, в котором использованы два фотоприемника, иэ 15 которых один находится в светлой части зоны светового поля и дает опорный сигнал, а другой своей щелью размещен на границе светотени, образуемой вследствие явления полного 20 внутреннего отражения при контакте измерительной призмы прибора с контролируемой средой 1 3,Недостаток данного рефрактометрас опорным уровнем состоит в том,что при изменении показатедя преломления контролируемой среды иориентация фотоприемника своей щельюотносительно границы критическогоугла 1 в положении баланса наруша 30ется. В результате появляется дополнительная погрешность,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому положительному эффекту является автоматический рефрактометр полного внутреннего отражения, содержащий последовательно расположенныеисточник излучения, оптическую систему, дифференциальный анализатор 40с блоком фотоприемников соединенныйс блоком выходного сигнала 23,В рефрактометре на следящую систему подается сигнал пропорционально второй производной от функции 45распределения светового потока в зоне границы светотени, Получение второй производной обеспечивается оптической системой с тремя :целями.Две крайние щели лежат симметрично 50относительно средней и в сравнении сней в два раза короче, Крайние (на -ружные ) щели пропускают свет, асредняя отражает. В результате получаются два потока, которые отклоняются призмами, поочередно прерываются вращающимся диском, и далее зерка.лами направляются на фотоприемник,Если первая производная от функции рс(1 ) в точке 1 стремитсяк экстремальному значению, то вторая производная в этой точке равна нулю. Это позволяет использоватьвторую производную в качестве критерия определения критического угла.Измерительная схема рефрактометрйиспользующая вторую производнуюеУ 1избавлена от систематической погрешности, свойственной схеме с опорным уровнем, Для нее ориентация комбинированного щелевого анализатора относительно 1 сохраняется дляКРвсех значений показателя преломления.Недостатком известного устройстваявляется сложность конструкции рефрактометра, обусловленная тем,что при построении второй производной схема управляема только вблизиПоэтому требуется дополнительная система грубого выведения щелейв рабочую зону,Целью изобретения является упрощение конструкции автоматическогорефрактометра и повышение точностиизмерении.1111 оставленная цель достигает - ся тем, что в автоматическом рефрактометре полного внутреннего отражения содержащем последовательно расположенные источник излучения, оптическую системудифференциальный анализатор с блоком фотоприемников, соединенный с блоком выходного сигнала, дифференциальный анализатор выполнен в виде двух расположенных в одной плоскости прямоугольных и взаимно перпендикулярных щелей.Для упрощения прямых измерений одна сторона одной щели выполнена профилированной.г Так как экстремальное значениепервой производной функции уд ( ). совпадает с 1 , то наибольшая чувствительность измерения будет в случае, когда первая щель расположена в полутеневой части границы светотени и одним из краев совмещается с 1 , Одновременно,следует, что щель целесообразно применять возможно более узкой, так как возрастает крутизна характеристики у(1 ). Ограничением является уменьшение полезного сигнала, а также опасность получения не3 11387 управляемой следящей системы при компенсационной схеме измерения.На фиг. представлены графики относительного изменения светового потока у , ) и у ( ) соответственно для щелей длиной а и а, на фиг.2 - реверсивная характеристика управления; на фиг.З - схема компенсационного автоматического рефрактометра; на фиг.4 - расположе- О ние щелей анализатора относительно границы раздела светаи тени.Кривая для щели длиной а смег щена в светлую зону поля таким образом, чтобы кривые пересека лись на, к при одном значении(1 ), при котором щель размером а Цнаходится в полутени и передней кромкой совпадает с 1 - точка "1",крРавенство сигналов фотоприемников дпя обеих щелей осуществляется при следующем условииеа 1 Ь 1 1 а 1(Ж = сс ьа 2 тЬю 1) е р 2,Так как щели расположены в однойплоскости, тоКа = К аг и К 1= КЬг30Кроме того, 1 а 1( ) = ат(1)Можно принять, что Е = ЕТбгда а 1 611 2, о 282.11 ри. равенстве- чувствит;льности фотоприемников, т.е, р., = г обе щели 35должны иметь равные площади.Но так как аса 2 то Ь,1 б,При смещении грайицы светотейиотносительно щелей вправо р (1.) 7а 1,влево о ( ) ( (1),Следовательно, получают вполне работоспособную реверсивную характеристику управления с переходом на 45 ноль, а изменение сигнала прямопропорционально выражениюПри изменении показателя преломления измеряемой среды с и . до и1 г характеристики относительного изменения светового потока у (г ) и 55 ( г ) .будут пересекаться йридругом значении уа ( ) - в точке П, однако равенство (1 ) не нарушается и 15 4ориентация фотоприемников своими щелями относительносохраняеткрСЯСхема компенсационного автоматичекого рефрактометра с предложенным дифференциальным щелевым анализатором содержит (фиг,3 ) источник 1 излучения, светофильтр 2, конденсатор 3, измерительную призму 4,щелевой анализатор 5, блок 6 фотоприемников, усилитель 7, электродвигатель 8, шкалу 9, кулачок 1 О, механизм 11, потенциометр 12, термометр 13 сопротивления, блок 14 выходного сигнала, проточную кювету 15, Щелевой анализа тор 5 имеет две щели 16 и 17 (фиг.4).Прибор работает следующим образом.. Модулированный поток излучения лампыконденсатором 3 направляется на рабочую грань измерительной призмы 4 и, отражаясь от нее, образует световое поле фотоприем. - ников 6. Если через кювету протекает контролируемая жидкость и показатель и ее преломления меньше показателя преломления материала измерительной призмы Й (и( М ) то, вследствие явления полного внутреннего отражения, в зоне светового поля фотоприемников образуется граница светотени. Ее положение служит мерой пока- зателя преломления контролируемой жидкости. За положением границы следит блок 6 фотоприемников с анализатором 5, перемещаемым с помощью рычажно-кулачкового механизма 11 реверсивным электродвигателем 8.В положении баланса когда щели анализатора 5 расположены на границе светотени сигналы фотоприемников равны и электродвигатель находится в состоянии покоя. При смеще-нии границы светотени вследствие изменения показателя преломления измеряемой среды в цепи фотоприемников согласно рассмотренной характеристике управления появляется сигнал разбаланса, который после усиления усилителем 7 поступает на электродвигатель 8. 11 оследний приходит в движение и устанавливает фотоприемники в новое положение с сохранением ориентации щелей относительно границы светотени. Одновременно поворачивается шкала 9 и ползунок потенциометра 12 и устанавливается новое значение выходного сигнала,Для введения температурной поправки на показания прибора в цепь по 1138715тенциометра 12 подключены термометр 13 сопротивления, устанавлива-емый в проточной кювете 15.Схема автоматического рефракто .:, метра прямого измерения состоит иэ 5 источника излучения, светофильтра, конденсатора, измерительной призмы, двухщелевого анализатора, блока фотонриемников, усилителя электронного преобразователя и блока выход ного сигнала, Двухщелевой анализатор с блоком фотоприемников неподвижны, а перемещается относительно щелей граница светотени.11 редлагаемый автоматический реф рактометр критического угла скомпенсационной схемой измерения исключает дополнительную погрешность, связанную с изменением крутизны характеристики р (1 ) при измененни показателя преломления контролируемой среды, а также вначительно уменьшает влияние неравномерности светового поля на показания прибора.В отличие от иэвестцых устройств для измерения показателя преломления, в которых используется .аналогичная характеристика управления, представляющая собой вторую производную от функции распределения светового потока в зоне границы светотени, предлагаемое устройство значительно проще и легко реализуется.Кроме того, двухщелевой анализатор в рефрактометре по схеме прямого измерения позволяет изменением профиля щелей в направлении перемещения границы светотени получать необходимую линейную зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром и создавать простую и надежную конструкцию промьппленного рефрактометра,11387 5 Составитель С.ГолубКоссей Техред М.Кузьма Редак ектор И. Зрдеии е 4 Филиал 1 БП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,Заказ 1 ОЬ 79/3 Тир ВНИИПИ осударств по делам иэобр 113035, Москва, Жж 897 Под нного комитета СССР тений и открытий 35, Раушская наб