Способ измерения показателя преломления жидких и газообразных прозрачных сред и устройство для его осуществления

(9) ЯО (11) 4 СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 А 21/41 4 (51) ННЫ МИТЕТ СС я измене э проводят полуплоск путем стей, прав- пре- омлеаллельноя света изателя пр Ъ дцфто +2; +3; стояние ме е )и = жду полуплосспниу У ления распроляют показатотношения А В 2; +(71) Алтайский политехнический институт им. И.И. Ползунова(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯПРЕЛОИЛЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХПРОЗРАЧНЫХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУ 1)ВСТВЛЕНИЯ.,(57). 1. Способ измерения показателяпреломления жидких и газообразныхпрозрачных сред, включающий пропускание через среду монохроматическогокогерентного пучка света, воздействие на пучок непрозрачным препятствием, формирование днфракционной картины в плоскости анализа и вычисление показателя преломления по положейию экстремумов дифракционной картины о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерений, на пучок воздействуют щелью,образованной двумя полуплоскостями,расйоложенными в исследуемой среде,одна из которых сдвинута относительно другой в направлении распространения света, изменяют эФФективнуюширину щели и при совмещении одногоиэ минимумов дифракционной картины нализа по координате фиксированнои очки и величине эффективной ширины определяют показатель преломл пособ по и. 1, о т л щ и и с. я тем, чтоФективной ширины щелперемещения одной изобразующих щель, папению распространениделяют величину покания П из соотношения1 51 о Ц костями в направлении раространения света;1о - ширина щели;- длина волны света;9 - угол между направлениемраспространения света иправлением на фиксироваточку плоскости анализа ицентра щели.3. Способ по п. 1, о т л и ч ащ и й с я тем, что изменение эфтивной ширины щели осуществляюттем наклона щели относительно на ранения. света и опредь преломления и из сЖ - угол наклона щели относительно направления распространения света. 4. Устройство для измерения показателя преломления жидких и газообразных прозрачных сред, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения формирующую оптическую систему, плоский экран, кювету с двумя ячейками, объектив и Изобретение относится к контрольно-иэмерительной технике и можетбыть использовано для измерения показателя преломления жидкостей и газовпри решении технологических задач, 5проведении научно-исследовательскихработ и т.д.Известны способ и устройство дляизмерения показателя преломления,Ооснованного на интерференционномметоде Я ,Однако точность измерения ограничена возможностью регистрации дробнойдоли интерференционной полосы, дляповышения чувствительности приходится использовать кюветыбольшой длины, что приводит к трудностям, связанным с термостатированием кюветы. Наиболее близкими по технической щО сущности к Изобретению являются способ измерения показателя преломле ния жидких и газообразных прозрачных сред, включающий пропускание через среду монохроматического коге 25 рентного пучка света, воздействие на пучок непрозрачным препятствием, Формирование дифракционной картины в плоскости анализа и вычисление показателя преломления по положению экстремумов дифракционной картины, и устройство для осуществления способа, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения, формирующую оптическую систему, плоский экран, кювету, с двумя ячей- З 5 хами, объектив и фотоэлектрический анализатор, состоящий из щели и Фофотоэлектрический анализатор, состоящий из щели и фотоприемника, подключенный к блоку обработки сигналов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения,в него дополнительно введены двенепрозрачные полуплоскости, размещенные в ячейках кюветы с возможностьюперемещения по ее длине и образующиещели равной ширины с плоским экраном,а перед кюветой установлена шторкас возможностью попеременного диарагмирования ячеек. 3топриемника, подключенный к блоку обработки сигнала.Сормированный оптической системой параллельный лазерный пучок посылают в кювету таким образом, чтобы половина пучка проходила через исследуемую среду, а половина - через эталонную. На краях плоского непрозрачного экрана свет дифрагирует и Формирует в фокальной плоскости объектива, установленного эа кюветой, диракционную картину. Если показатель преломления исследуемой среды отличается от эталонного, то разность фаз световых волн, прошедших разные ячейки кюветы, выразится какдд=й дп 1,3 где дп - относительная разность показателей преломления эталонной и исследуемых сред; 4 - длина кюветы;- длина волны света. В результате дифракционная картина имеет искажения и смещения ее экстремальных точек относительно неискаженной картины пропорциональны величине дц . Положение нулевого максимума определяют при помощи колеблющегося щелевого электромагнитного анализатора и установленного за ним фотоприемника, закрепленных на подвижной каретке, снабженной микрометрическим винтом. По величине амплитуды первой гармоники сигнала, снимаемого с Фотоприемника, судят о положении нулевого максимума дифракционной картины относительно щелевого анализатора. Блок обработки сигнала состоит из предварительногоона щели относит аспроетранения с но направ 40 оследовательформирую"3 11440 и узкополосного усилителей и Фазового детектора, на который также поступает сигнал с генератора, питающего электромагнитный вибратор щелевого анализатора (2 .5Недостатки известного способа и реализующего его устройства заключаются в низкой точности измерений показателя преломления, обусловленной малой разностью фаз световых волн, образующих дифракционную картину линейно связанной с длиной кюветы), приводящей к малым искажениям дифракционной картины, а следователь" но, к погрешностям регистрации. Кроме того, ограничен диапазон измерений разности показателя преломления при заданной длине кюветы, что обусловлено отсутствием в схеме компенсатора. Данным методом невозможно определять абсолютный показатель преломления без использования вакуума в качестве эталонной среды. Недостатком является также сложность конструкции кюветы. 25Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения показателя преломления жидких и газооб разных прозрачных сред, включающему пропускание через среду монохромати" ческого когерентного пучка света, воздействие на пучок непрозрачным препятствием, формирование дифрак- .З 5 ционной картины в плоскости анализа и вычисление показателя преломления по положению экстремумов дифракционной картины, на пучок воздействуют щелью, образованной двумя полуплоскостями, расположенными в исследуемой .среде, одна из которых сдвинута относительно другой в направлении распространения света, изменяют эфФективную ширину щели и при совме щении одного из минимумов дифракционной картины с фиксированной точкой плоскости анализа по координате фиксированной точки и величине эффективной ширины щели определяют показатель 50 преломления.Вчастности, можно изменение эффек. тивной ширины щели приводить путем перемещения одной из полуплоскостей, образующих щель, параллельно направ лению распространения света и определять показатель преломления и из со- отношения 11 бо Ц П= )2(Ъ б 1 оцтв где- расстояние между полуплоскостями в направлении расп- ространения света; - ширина щели; 9 - длина волны света;- угол между направлением распространения света и направлением на фиксированную точку плоскости анализа из центра щели. Кроме того, возможно изменение эффективной ширины щели осуществлять путем наклона щели относительно направления распространения света и определять показатель преломления из соотношения В устройство для измерения показа теля преломления жидких и газообразных прозрачных сред, содержащее лазери расположенные последовательно по ходу излучения формирующую оптическую систему, плоский экран, кювету с двумя ячейками, объектив и фото электрический анализатор, состоящий из щели и фотоприемника, подключенныи к блоку обработки сигналов, дополнительно введены две непрозрачные полу плоскости, размещенные в ячейках кюветы с возможностью перемещения по ее длине и образующие щели равной ширины в с плоским экраном, а перед кюветой установлена шторка с возможностью попеременного диафрагмирования ячеек.На фиг.1 показана схема устройства, вид сбоку; на Фиг,2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 и 4 - варианты реализации способа.Устройство содержит пн расположенные лазер 19 114403Расчетная Формула для определения относительного показателя преломления Яме,ет Вид 1,и Ь,5 Предлагаемые способ и устройство для его реализации отличаются от известных использованием плавной компенсации искажений дифракционной картины, возникающих вследствие влияния показателя преломления исследуемой среды на дифрагирующий световой пучок. Использование предлагаемого способа и устройства для его реализации дает возможность повысить точность измерений показателя преломления за счет использования щели с раз 4 1 Онесенными полуплоскостями, позволяющей, изменяя ее эффективную ширину,управлять параметрами формируемойдифракционной картины, т.е. искусст-венно создавать ее значительные искажения, облегчающие их регистрациюс малой погрешностью; проводить измерения абсолютного показателя преломления исследуемой среды без сравнения с эталонной; использовать неограниченный диапазон измеряемыхпрозрачных сред; повысить пространственное разрешение измерений, таккак для анализа требуется минимальный объем исследуемого вещества;не предъявлять высоких требованийк изготовлению и юстировке большинства элементов схемы, отличающихсяпростотой конструкции.1144034 Составитель Р . БочинскийТехред М.Гергель Корректор С.Шекм Редактор В. Петраш аказ 897/3 В пиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна тираж 897ИИПИ Государственногопо делам изобретений3035, Москва, Ж, Р Подписноеомитета СССРоткрытийшская наб д. 4/5