ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И СРЕДНЕЙ ДИСПЕРСИИ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее - к рефрактометрическим приборам, предназначенным для измерения показателя преломления и дисперсии различных веществ.

Показатель преломления вещества n_B есть безразмерная величина, показывающая, на сколько замедляется скорость распространения света в данном веществе V_B по сравнению со скоростью света С в вакууме

Показатель преломления зависит от длины волны света λ и от температуры t°, поэтому обозначается двумя индексами . Его можно измерить с очень высокой точностью, располагая малым количеством вещества, с помощью простых рефрактометров.

Согласно ГОСТ 3514-94, показатель преломления, измеренный в желтом свете натриевой лампы (λ_D=589 нм), обозначают n_D, в красном (λ_C=656 нм) или голубом (λ_F=486 нм) свете водородной спектральной лампы - обозначают, соответственно, n_C и n_F.

Разницу результатов измерений n_F - n_C называют рефракционной средней дисперсией или просто дисперсией и обозначают Δ_FC.

У органических соединений есть закономерное изменение дисперсии в зависимости от состава и строения вещества в пределах гомологических рядов. Эти закономерности используют для классификации и определения строения органических соединений [1].

Так, например, измеряя n_D и Δ_FC портативными рефрактометрами ИРФ-479А, Б [2], можно экспрессно определить основные эксплуатационные характеристики моторных топлив (бензина, керосина, дизельного топлива). Показатель преломления и дисперсия являются основными характеристиками оптического стекла, без которых невозможно вести расчеты на точность оптических систем.

Поэтому измерение показателя преломления и дисперсии жидких и твердых веществ, особенно моторных топлив, является актуальной задачей.

Обычно для измерения показателей преломления n_D, n_F, n_C и нахождения средней дисперсии Δ_FC=n_F - n_C оптического стекла по ГОСТ 3514-94 используется метод призмы с применением высокоточных гониометров, оснащенных спектральными лампами, наполненными парами натрия, водорода, а также ртути, кадмия (для определения частных дисперсий).

Существенным недостатком гониометрического способа измерения n_D и Δ_FC веществ является требование изготовления из испытуемого вещества, например, стекла трехгранной призмы значительных размеров. Для работы с жидкостями гониометр должен быть оснащен сложными пустотелыми призмами, для заполнения которых требуется значительный объем жидкости, которую к тому же необходимо термостатировать.

Измерения n_D и Δ_FC различных веществ проще выполнять способом предельного угла [1]. Суть способа состоит в том, что вдоль границы контакта исследуемого вещества с рабочей поверхностью измерительной призмы рефрактометра с известными показателем преломления , средней дисперсии (Δ_FC)₀ и углом θ наклона выходной грани к рабочей поверхности призмы направляют монохроматический пучок света с длиной волны λ и в фокальной плоскости объектива наблюдают границу света и тени. По положению этой границы находят угол выхода предельных лучей из призмы β_λ и рассчитывают искомый показатель преломления n_Xλ по формуле [1]

Обычно для реализации способа предельного угла используют два вида рефрактометров: Пульфриха и Аббе.

Известные рефрактометры Пульфриха ИРФ-23, ИРФ-457, PR-2 [1] содержат осветитель 1 (фиг.1) с источником света типа натриевой лампы 2, питающейся от специального источника высокого напряжения, измерительную призму 3, изготовленную из стекла с известными показателями преломления соприкасающуюся с исследуемым веществом 4 и имеющую прямой угол между входной и выходной гранями (θ=90°), с объективом 5, закрепленном в корпусе зрительной трубы 6, в фокальной плоскости которого установлено устройство для регистрации местоположения границы света и тени, например, перекрестье 7. Для наблюдения границы света и тени в трубе 6 установлен окуляр. Труба 6 жестко связана с углоизмерительным устройством. Для измерения показателя преломления n_D на стандартной линии спектра λ_D=589 нм производят установку натриевой лампы 2, подключают ее к специальному источнику питания и направляют свет на границу контакта исследуемого вещества 4 с рабочей гранью измерительной призмы 3.

Передвигая зрительную трубу 6, совмещают наблюдаемую в окуляре границу света и тени с перекрестием 7. При этом по углоизмерительному устройству определяют угол β_D относительно нормали к выходной грани призмы 3 и вычисляют значение n_D по формуле

Методика выполнения измерений n_C и n_F и определения средней дисперсии Δ_FC=n_F-n_C на рефрактометре Пульфриха состоит в следующем. Устанавливают водородную лампу 8 и запитывают ее специальным источником питания. Передвигая зрительную трубу 6, совмещают наблюдаемые в окуляре перекрестие 7 с границей света и тени красного света λ_C, а затем синего света λ_F. При этом каждый раз с помощью углоизмерительного устройства измеряют углы β_C, β_F, вычисляют искомые показатели преломления по формулам

а затем вычисляют среднюю дисперсию Δ_FC=n_F - n_C.

Существенными недостатками рефрактометров Пульфриха являются:

- громоздкость и необходимость замены спектральных ламп и их источников питания в процессе выполнения измерений;

- спектральные лампы требуют времени для выхода в режим после их включения;

- необходимость значительного объема вычислений оператором;

- сложные визуальные оптические углоизмерительные устройства;

- значительные габариты и вес, ограничивающие их применение вне специализированных лабораторий.

Подобными рефрактометрам Пульфриха по принципу работы являются известные многоволновые Аббе рефрактометры DR-M2 и DR-M4 фирмы ATAGO (Япония) [2]. Вместо спектральных ламп рефрактометры DR-M2 и DR-M4 содержат отдельный осветительный блок с источником света в виде лампы накаливания с набором сменных интерференционных фильтров и волоконным жгутом. Измерительная призма, соприкасается с исследуемым веществом и выполнена из стекла с высокими и известными показателями преломления Рабочая и выходная грани измерительной призмы составляют угол θ<90°.

Зрительная труба с объективом и окуляром закреплена на корпусе рефрактометра неподвижно, а преломленные измерительной призмой лучи света направляются в зрительную трубу с помощью подвижной часта углоизмерительного устройства, на котором механически закреплено зеркало.

Методика выполнения измерений с помощью многоволновых Аббе рефрактометров DR-M2 и DR-M4 состоит в следующем.

Выбирают из набора один интерференционный фильтр, например, пропускающий желтый свет (Δ_max=589 нм) и с помощью переключателя вводят его в рабочий пучок света, идущего от лампы накаливания. Квазимонохроматический свет с максимумом спектральной плотности излучения, μ(λ)_max=589 нм. Направляют на границу контакта рабочей грани измерительной призмы с исследуемым веществом. Свет проходит исследуемое вещество, преломляется в призму, проходит ее и под углом β_D по отношению к нормали выходной грани покидает призму. Далее с помощью маховичка перемещают зеркало вместе с подвижной частью цифрового датчика угловых перемещений до положения, когда наблюдаемая в окуляре граница света и тени будет совмещена с нуль-пунктом. По измеренному таким образом углу β_D и известным значениям θ и встроенный в рефрактометре микропроцессор вычисляет искомый показатель преломления n_Dx по формуле

Результаты измерений индицируются на цифровом табло. Для измерения показателя преломления n_Cx или n_Fx с помощью переключателя вместо желтого светофильтра в рабочий пучок осветителя вводят соответственно красный (τ_λmax=656 нм) или синий (τ_λmax=486 нм) интерференционные фильтры. Каждый раз при переключении фильтров требуется вручную наводить границу света и тени на нуль-пункт, а в программу микропроцессора вносить новые исходные данные для расчетов, а именно или стекла измерительной призмы и измеренные углы β_C или β_F. По измеренным таким способом значениям показателей преломления n_Cx, n_Dx, n_Fx микропроцессоры известных рефрактометров DR-M2 и DR-M4 могут вычислять и индицировать на табло значение числа Аббе.

Отдельная функция вычисления и индикации средней дисперсии Δ_FC в программах процессоров этих рефрактометров отсутствует, однако, среднюю дисперсию Δ_FC оператор может вычислить сам по измеренным значениям n_F и n_C.

Точность измерений показателя преломления ±0,0002. Существенными недостатками многоволновых Аббе рефрактометров DR-M2 и DR-M4 являются:

- необходимость измерения углов β_C, β_F, β_D углоизмерительным устройством и дополнительных расчетов оператора для определения средней дисперсии;

- значительные габариты и вес, ограничивающие их применение вне специализированных лабораторий;

- высокая цена (более 500 тыс.руб.).

Известны универсальные высокоточные лабораторные рефрактометры Аббе, например, ИРФ-454 (Россия), Аббе Refractometer В (Zeiss-Opton) [1] NAR-1T (ATAGO) [2], в конструкциях которых реализован способ компенсации общей угловой дисперсии выходящих из измерительной призмы Аббе предельных лучей (Δβ)_FC с помощью компенсаторов в виде призм прямого зрения Амичи [1].

Лабораторный рефрактометр Аббе ИРФ-454 [1] содержит источник естественного или искусственного «белого» света, например, белый светодиод, неподвижную измерительную призму, изготовленную из стекла ТФ4 с известным показателем преломления и средней дисперсией (Δ_FC)₀=0,02628, рабочая полированная грань которой соприкасается с исследуемым веществом и составляет угол θ=62° с выходной полированной гранью, закрепленный неподвижно зрительный канал с объективом, перекрестием и окуляром. На подвижном секторе закреплены шкала и зеркало. Шкала для удобства наделена не в углах поворота, выходящих из призмы лучей β_D. а в единицах показателя преломления для рабочей длины волны n_Dx. Между измерительной призмой и объективом установлены две призмы прямого зрения Амичи, которые закреплены в оправах в виде конических шестерен, соединенных между собой третьей конической шестерней с барабанчиком. Особенность призм Амичи состоит в том, что они пропускают желтые лучи (λ_D=589 нм) без отклонения, а красные и синие лучи (λ_C=656 нм и λ_F=486 нм) - в главной плоскости сечения разводят на угол 2k=2×88'=176'.

Известный способ измерения средней дисперсии света с помощью компенсатора реализован в лабораторном рефрактометре Аббе ИРФ-454 Б2М следующим образом.

На выходную (рабочую) грань измерительной призмы, соприкасающуюся с исследуемым веществом, направляют пучок «белого» света от источника, например, естественного (солнечного) или искусственного света (лампа накаливания, люминесцентная лампа, белый светодиод).

Свет проходит слой исследуемого вещества, преломляется в призму, в плоскости падения проходит ее и вторично преломляется на выходной грани призмы. Угол выхода из призмы предельных лучей относительно нормали к ее выходной грани зависит от длины волны лучей, составляющих «белый» свет согласно формуле β_λ=arcsin{n_oλsin[θ-arcsin (n_xλ/n_oλ)]}.

Разность между предельными углами для синего и красного света (Δβ)_FC=β_F-β_C (средняя угловая дисперсия) зависит от средней дисперсии материала (Δ_FC)₀ призмы, угла θ призмы, средней дисперсии (Δ_FC)_X исследуемого вещества.

Разложенные в плоскости падения в спектр лучи отражаются от зеркала и проходят призмы прямого зрения. Каждая призма прямого зрения в ее главном сечении разводит красные (λ_C) и синие (λ_F) лучи на угол k=0,02559816 радиан. С помощью оцифрованного барабанчика призмы разворачивают в разные стороны на угол γ и находят такое положение угла поворота γ призм, при котором их угловая дисперсия 2k cosγ равна по величине, но противоположна по знаку средней угловой дисперсии (Δβ)_FC, т.е. (Δβ)_FC - 2kcosγ=0₀. Таким образом, происходит полная компенсация угловой дисперсии (Δβ)_FC, т.е. все предельные лучи различных длин волн в фокальной плоскости объектива приходят в то место, где находятся желтые лучи, суммируются и в окуляре кроме перекрестия оператор наблюдает черно-белую (не окрашенную) границу света и тени.

Угол γ разворота призм Амичи находят по числу делений Z барабанчика с помощью нониуса. Исходным (нулевым) положением призм принято положение, при котором Z=30 делений, т.е. когда γ=30⋅3°=90°, поскольку цена одного деления шкалы Z равна 3°. Точность отсчета угла γ по нониусу составляет ±0,3°. Следовательно, погрешность определения суммарной угловой дисперсии (Δβ)_FC с помощью двух призм Амичи в лучшем случае составляет ±2,68⋅10^-4 рад.

Поворотом шкалы совместно с зеркалом совмещают наблюдаемую в окуляре границу света и тени с перекрестием, а затем по наблюдаемой в окуляре шкале снимают показания показателя преломления n_D.

По измеренному таким образом показателю преломления n_D с помощью рассчитанных заранее таблиц находят конструктивные коэффициенты А и В, а затем определяют среднюю дисперсию по формуле [1]:

где

где 2 k - угловая дисперсия для синих и красных лучей двух призм Амичи в радианах; σ=cosγ;

γ - угол синхронного поворота призм Амичи в разные стороны.

Например, если в процессе проверки сорта стекла оптических деталей с помощью рефрактометра Аббе ИРФ-454 получены результаты измерений по шкале показателя преломления n_Dx=1,51690 и по шкале барабанчика число делений Z=42,4, то, пользуясь прилагаемыми к Руководству по эксплуатации рефрактометра ИРФ-454 таблицами, по измеренному показателю преломления n_D находят конструктивные коэффициенты А=0,02320, В=0,025303, по числу делений Z=42,3 находят а затем находят среднюю дисперсию исследуемой оптической детали:

(Δ_FC)_Х=А+В⋅σ=0,0232-0,025303⋅0,60042025=0,008007.

По ГОСТ 3514-94 определяем, что эта оптическая деталь выполнена из куска стекла К8, партия варки которого имеет характеристики n_D=1,51690 и (Δ_FC)_x=0,008007.

Главным преимуществом известного способа компенсации общей угловой дисперсии выходящих из измерительной призмы предельных лучей (Δβ)_FC с помощью призм прямого зрения Амичи состоит в том, что для освещения плоскости соприкосновения исследуемого вещества с рабочей гранью измерительной призмы вместо монохроматического можно применять «белый» естественный (дневной) или искусственный свет (от лампы накаливания или светодиода).

Существенными недостатками рефрактометров ИРФ-454Б2М, NAR-1T являются:

- высокая трудоемкость изготовления призм прямого зрения Амичи;

- необходимость установки двух призм прямого зрения Амичи из-за большой средней дисперсии (Δ_FC)₀=0,02628 стекла ТФ4 измерительной призмы;

- субъективность восприятия оператором наличия или отсутствия окрашенности наблюдаемой в окуляре границы света и тени;

- не линейная зависимость между вносимой призмами прямого зрения Амичи угловой дисперсией и их углом разворота γ;

- наличие подвижной шкалы, наделенной в величинах показателя преломления, причем, только для рабочей длины волны λ_D;

- необходимость пересчета и изготовления новой шкалы каждый раз при смене партии варки стекла, из которого изготавливают измерительную призму;

- громоздкость и значительный вес (~4 кг), что является препятствием для экспрессных измерений.

Известен портативный спектрорефрактометр ИРФ-479 [3], в котором также реализован способ компенсации общей угловой дисперсии выходящих из измерительной призмы предельных лучей (Δβ)_FC, но с помощью одной призмы прямого зрения (Амичи).

Этот спектрорефрактометр создан специально для экспрессных определений основных эксплуатационных характеристик моторных топлив в двух исполнениях, отличающихся конструкциями подставок.

Спектрорефрактометр ИРФ-479 содержит осветитель в виде стакана 1 с источником «белого» света 2 (фиг.2), измерительную призму 3 из стекла с показателем преломления дисперсией n_F - n_C=(Δ_FC)₀=0,01015 и углом выходной грани к рабочей грани θ=66,5. Рабочая грань измерительной призмы 3 соприкасается с исследуемым топливом 4, залитым в стакан-осветитель 1. Объектив 5 с фокусным расстоянием f'=75, 1 мм установлен в корпусе в виде трубы 6. В фокальной плоскости объектива 5 установлена равномерная шкала 7 (110 делений). Для наблюдения построенной объективом 5 границы света и тени и шкалы 7 на корпусе 6 установлен окуляр. Особенностью данного спектрорефрактометра является то, что дисперсия стекла измерительной призмы 2 равна половине диапазона измерения дисперсии моторных топлив. Это позволяет, во-первых, производить компенсацию угловой дисперсии на линейном участке кривой угловой дисперсии призмы Амичи относительно плоскости преломления света в измерительной призме 3 и достигать максимальной чувствительности по спектру, а во-вторых, достигать упрощения расчета коэффициента А в формуле (7).

Методика выполнения измерений дисперсии такая же, как и у лабораторных визуальных рефрактометров ИРФ-454 (Россия), NAR-1T (ATAGO).

Компенсационный способ измерения дисперсии с помощью призм прямого зрения (Амичи) мало пригоден для портативных фотоэлектрических рефрактометров по трем причинам.

Во-первых, для компенсации угловой дисперсии требуется механически вращать призму Амичи до момента компенсации. Для этого требуется двигатель и, например, следящая система. А это усложняет, увеличивает габариты и стоимость рефрактометра.

Во-вторых, для фиксации угла поворота призмы Амичи требуется фотоэлектрическое углоизмерительное устройство.

В-третьих, для определения момента компенсации угловой дисперсии требуется фотоэлектрический датчик.

Все это существенно усложняет и удорожает конструкцию.

Наиболее близким к объекту заявки являются известный способ измерения средней дисперсии света и устройство для его осуществления по патенту РФ №2563310 от 09.01.2014 г. [4].

Суть известного способа измерения средней дисперсии света [4] состоит в том, что на входную (рабочую) грань измерительной призмы рефрактометра, изготовленной из материала с известным показателем преломления и средней дисперсией (Δ_FC)₀, соприкасающуюся с исследуемым веществом, направляют пучок квазимонохроматического света с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D), в фокальной плоскости установленного после измерительной призмы объектива с фокусным расстоянием f' регистрируют положение границы света и тени X_D для предельных лучей рабочей длины волны λ_D=589 нм, выходящих из измерительной призмы под углом β_D, находят показатель преломления исследуемого топлива n_Dx, по нему и по известным значениям и θ определяют конструктивные коэффициенты A'_min, B_min и A'_max, B_max, затем вместо пучка света рабочей длины волны λ_D направляют квазимонохроматический пучок света, у которого максимум спектральной плотности излучения μ(λ)_max сдвинут в коротковолновую часть спектра и соответствует длине волны λ₁, существенно отличной от рабочей длины волны λ_D, в фокальной плоскости объектива регистрируют величину и знак относительного смещения границы света и тени по нему находят общую угловую дисперсию

а затем находят искомую среднюю дисперсию исследуемого топлива по формуле

где A'_min и B_min - конструктивные коэффициенты, соответствующие началу диапазона измерения показателя преломления n_Dmin рефрактометра;

ΔА=A'_max - A'_min - величина изменения коэффициента А' в диапазоне измерения показателя преломления от до ;

ΔВ=B_min - B_min - величина изменения коэффициента В в диапазоне измерения показателя преломления от до ;

(Δ_FC)₀ - известная средняя дисперсия материала измерительной призмы;

X_Dmax - максимально возможная величина смещения регистрируемой границы света и тени в фокальной плоскости объектива;

- относительное смещение границы света и тени в процессе смены длины волны падающего на измерительную призму света;

β_Dmax=arctg(X_Dmax/f') - угловое поле т.е. максимальный диапазон угла отклонения предельных лучей с длиной волны λ_D на выходе измерительной призмы;

f'- фокусное расстояние объектива рефрактометра;

- дисперсионный коэффициент Коши.

Осуществление этого известного способа измерения средней дисперсии света рассмотрим на примере схемы рефрактометра Аббе, показанной на фиг.3. Рефрактометр Аббе содержит осветитель 1 (фиг.3) в виде стакана с основным источником квазимонохроматического света 2, измерительную призму 3, рабочая грань которой составляет угол θ с ее выходной гранью и соприкасается с исследуемым веществом (моторным топливом) 4, объективом 5, установленным в корпусе 6, с фокусным расстоянием f'. В фокальной плоскости объектива 5 установлено устройство для фиксации местоположения границы света и тени, например, равномерная шкала 7 и окуляр.

Осветитель, кроме основного источника квазимонохроматического света 2, содержит дополнительный источник света 8, максимум спектральной плотности излучения которого составляет μ(λ)_max - 486 нм (синий светодиод).

Для достижения большей монохроматичности света после основного источника света 2 и после дополнительного источника света 8 установлены интерференционные фильтры 9, 10 соответственно с максимумами пропускания τ_max=589 нм, τ_max=486 нм и одинаковыми величинами полуширины пропускания Δλ_0,5≤5 нм.

Известный способ измерения показателя преломления и средней дисперсии [4] осуществляется следующим образом.

Пучок света от источника 2 (желтый светодиод) проходит интерференционный фильтр 9 и становится квазимонохроматическим с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ)_max=589 нм и шириной спектра Δλ≤5 нм.

Скользящие вдоль границы контакта рабочей поверхности измерительной призмы 3 с исследуемым веществом 4 лучи преломляются в призму 3, проходят ее, преломляются на выходящей грани призмы 3 и попадают в трубу 5.

Предельные лучи выходят из призмы 3 относительно нормали к ее выходной грани под углом

где n_Do - показатель преломления стекла призмы для длины волны λ_D=589 нм;

θ - угол между рабочей и выходной гранями призмы 3;

n_Dx - показатель преломления исследуемого вещества 4 для длины волны λ_D=589 нм.

Объектив 5 с фокусным расстоянием f' в фокальной плоскости, где находится шкала 7, строит изображение границы света и тени. Оператор с помощью окуляра и шкалы 7 определяет координату границы света и тени для желтого света (λ_D=589 нм)

относительно начала отсчета Х₀, соответствующего началу диапазона измерений n_Dxmin. Шкала 7 содержит M_max=100 делений, поэтому координату границы света и тени выражают в относительных единицах, в числах делений шкалы 7, т.е. где X_Dmax - максимальное смещение границы света и тени при n_Dmax.

Затем с помощью таблиц деления шкалы М переводят в величину показателя преломления n_Dx.

После определения координаты положения границы света и тени X_D, выраженной в делениях М равномерной шкалы 7 отключают от питания желтый светодиод 2 и подключают вспомогательный синий светодиод 8. Свет от светодиода 8 проходит интерференционный светофильтр 10, становится квазимонохроматическим с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ)_max=486 нм и шириной спектра Δλ_0,5≤5 нм, попадает на границу контакта рабочей поверхности измерительной призмы 3 с исследуемым веществом 4.

Лучи синего света преломляются в призму 3, проходят ее и выходят из нес под углом

где - показатель преломления стекла призмы 3 для длины волны λ_F=486 нм;

- показатель преломления исследуемого вещества (топлива) для длины волны света λ_F.

При этом наблюдаемая граница света и тени сместится на величину (фиг.4):

что соответствует делениям шкалы 7 (фиг.3):

Данное смещение границы света и тени, выраженное в делениях шкалы ΔМ, есть мера угловой дисперсии выходящих из призмы 3 лучей относительно углового поля зрения трубы 6, то есть

где β_Dmax=arctg(X_Dmax/f') - угловое поле зрения трубы 4;

f' - фокусное расстояние объектива 5.

Располагая рассчитанными заранее конструктивными коэффициентами A_min, A_max, B_min, B_max, координатой границы света и тени M_D, измеренной в желтом свете, и смещением координаты ΔМ, полученной в результате смены длины волны света, находят среднюю дисперсию исследуемого вещества 4 по формуле

где A_min, B_min - конструктивные коэффициенты, соответствующие началу диапазона измерения n_Dxmin рефрактометра;

A_max, B_max - конструктивные коэффициенты, соответствующие концу диапазона измерения n_Dxmax рефрактометра;

ΔА=A_max - A_min - величина изменения коэффициента А в диапазоне измерения n_Dx от до

ΔB=B_max - B_min - величина изменения коэффициента В в диапазоне n_Dx от до

(Δ_FC)₀ - известная средняя дисперсия материала измерительной призмы 3;

- максимально возможный диапазон смещения регистрируемой границы света и тени в фокальной плоскости объектива 5;

- угловое поле зрения трубы 6, т.е. максимальный диапазон угла отклонения лучей с длиной волны λ_D=589 нм на выходе призмы 3;

f' - фокусное расстояние объектива 5;

-дисперсионный коэффициент Коши;

- координата границы света и тени в делениях шкалы 7, соответствующая показателю преломления исследуемого вещества

- относительное смещение границы света и тени в процессе смены длины волны падающего на измерительную призму 3 света.

Известный способ измерения средней дисперсии света и устройство для его осуществления [4] были разработаны для портативных визуальных рефрактометров, используемых контрольными органами в процессе экспрессных анализов моторных топлив. Известный способ имеет ряд существенных недостатков.

Во-первых, в известном способе координаты границ света и тени X_λ определяют относительно начала отсчета Х₀, соответствующему началу диапазона измерений без учета влияния дисторсии, что приводит к ошибкам измерений и, соответственно, (Δ_FC)_Х.

Во-вторых, в известном способе и устройстве для его осуществления используется только два источника света (светодиода) основной μ(λ_D)_max - 589 нм и дополнительный с μ(λ_F)_max=486 нм, что существенно ограничивает величину смещения границы света и тени ΔХ при отключении основного источника света 2 и включении дополнительного источника света 8 и, естественно, существенно ограничивает чувственность и точность измерения дисперсии анализируемых веществ (топлив).

В-третьих, визуальное восприятие оператором границы света и тени и снятие отсчета по шкале является субъективным и существенно зависит от остроты зрения оператора.

В-четвертых, с ростом показателя поглощения света исследуемым топливом или помутнения, например, дизельного топлива, наблюдаемая граница света и тени становится размытой, что приводит к дополнительным ошибкам в определении ее координаты Х_λ.

Предлагается новый фотоэлектрический способ измерения показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив.

Суть предлагаемого способа в том, что на границу контакта исследуемого топлива с рабочей поверхностью измерительной призмы рефрактометра изготовленной из стекла с известными показателем преломления n_D0, средней дисперсией (Δ_FC)₀ и углом наклона θ выходной грани к ее рабочей поверхности направляют квазимонохроматический пучок света с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 нм, в фокальной плоскости объектива с фокусным расстоянием f' с помощью многоэлементного фотоприемника анализируют интенсивность света I, по точке перегиба кривой интенсивности света I=f(X_Dx) регистрируют местоположение границы света и тени X_Dx относительно среднего значения X_Dcp, соответствующего средней величине диапазона измерения показателя преломления n_Dcp=n_D0sinθ, а искомый показатель преломления n_Dx определяют с учетом дисторсии по формуле

где

K₁, K₂, K₃ - постоянные коэффициенты степенного ряда. Затем изменяют длину волны света так, что его максимум спектральной плотности излучения μ(λ)_max известен и существенно отличается от μ(λ_D)_max сначала в одну сторону, например, в коротковолновую область μ(λ₁)_max=486 нм, а затем в другую сторону в ближнюю ИК область, например μ(λ₂)_max=815 нм, регистрируют новые местоположения границы света и тени соответствующие критическим углам преломления находят разницу и определяют среднюю дисперсию вещества (топлива) по формуле

где

- угловая дисперсия выходящих из призмы лучей в радианах;

- коэффициент перевода частной дисперсии в среднюю (Δ_FC).

Для осуществления способа измерения показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив предлагается устройство, содержащее осветитель с основным источником квазимонохроматического света, с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 нм, и два дополнительных источника света, соответственно с μ(λ₁)_max=486 нм и μ(λ₂)=815 нм, измерительную призму с рабочей гранью, соприкасающейся с исследуемым веществом (топливом), которая составляет угол θ с ее выходной гранью, объектив с фокусным расстоянием f'. В фокальной плоскости объектива установлен многоэлементный фотоприемник, подключенный к электронной схеме управления работой устройства с индикатором результатов измерений. Непосредственно после источников света установлены интерференционные фильтры с соответствующими максимумами пропускания τ_Dmax=589 нм и и полосами пропускания Δλ_0,5≈5 нм, а за ними - анаморфотный элемент в виде отрицательной цилиндрической линзы.

На фиг.1 показана структурная схема известного рефрактометра Пульфриха ИРФ-23 [1].

На фиг.2 показана структурная схема известного портативного спектрорефрактометра Аббе ИРФ-479 [3].

На фиг.3 показана структурная схема известного лабораторного рефрактометра по патенту РФ №2563310 [4].

На фиг.4 показан фрагмент шкалы рефрактометра по патенту РФ №2563310.

На фиг.5 показана структурная схема предлагаемого устройства для осуществления предлагаемого способа.

На фиг.6 показана конструкция осветителя предлагаемого устройства.

На фиг.7 показаны кривые зависимости интенсивности света в фокальной плоскости объектива предлагаемого устройства в зависимости от величины n_Dx и от различной интенсивности источника света.

На фиг.8 показан фрагмент кривой изменения интенсивности света I в фокальной плоскости объектива предлагаемого устройства в области границы света и тени и кривые первой и второй производный для определения точки перегиба кривой I=f(α), соответствующей критическому углу преломления на границе контакта моторного топлива с рабочей поверхностью измерительной призмы 3.

Возможные варианты осуществления предлагаемого

фотоэлектрического способа измерения показателя преломления и дисперсии моторных топлив рассмотрим на примере структурной схемы фотоэлектрического рефрактометра, показанного на фиг.5.

Предлагаемый фотоэлектрический рефрактометр содержит

осветитель 1 (фиг.5,6) с основным источником квазимонохроматического света 2 с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 нм, измерительную призму 3, рабочая грань которой составляет угол θ с ее выходной гранью и соприкасается с исследуемым топливом 4, объектив 5 с фокусным расстоянием f', закрепленный в корпусе 6. В фокальной плоскости объектива 5 установлен многоэлементный ПЗС фотоприемник в виде линейки 7, состоящей, например, из 3600 элементов, так, что его чувствительные элементы расположены перпендикулярно построенной объективом 5 границе света и тени, а его 1800 элемент совпадает с нормалью к выходной грани измерительной призмы 3.

Фотоприемник 7 подключен к электронной схеме управления его работой и работой всего устройства (на фиг.5 не показана).

Осветитель 1 (фиг.6) кроме основного источника света 2 содержит дополнительный источник света 8 с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_F)_max=486 нм. Непосредственно после источников света 2 и 8 установлены интерференционные фильтры 9 и 10 с максимумами пропускания соответственно τ_Dmax=589 нм и τ_Fmax=486 нм, и полосами пропускания Δλ_0,5≤5 нм.

В отличие от прототипа [3] осветитель предлагаемого устройства содержит второй дополнительный источник света 11 (фиг.6) с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ₂)_max=815 нм, после которого установлен интерференционный фильтр 12 с максимумом пропускания τ_max=815 нм и полосой пропускания Δλ_0,5≤5 нм, а также анаморфотный элемент в виде отрицательной цилиндрической линзы 13 с приклеенной к ней призмой 14 типа АР-90°.

Для разворота осветителя 1 вокруг своей оси на угол ≈25° относительно кронштейна 15 (для работы эталонными призмами n_Dэф=1,3776) осветитель 1 снабжен пружинным фиксатором 16.

Оправа 17 (фиг.5) измерительной призмы 3 выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например, из латуни, в нижней части которой вмонтирован датчик температуры 18. Плоская поверхность нижней части оправы 17 имеет тепловой контакт с «холодной» поверхностью элемента Пельтье 19. «Горячая» сторона элемента Пельтье 19 имеет тепловой контакт с основанием 20 рефрактометра. Оправа 17 измерительной призмы 3 жестко связана с пластмассовым корпусом 6, в котором закреплены объектив 5 и фотоприемник 7. Для достижения наименьшего теплового контакта корпус 6 и основание 20 соединены винтами с теплоизоляционными шайбами 21 так, что между корпусом 6 и основанием 20 имеется воздушный зазор.

Осветительная призма 22 закреплена в оправе 23 с лункой 24 для заливки исследуемого топлива 4. Оправа 23 осветительной призмы 22 соединена с оправой 17 измерительной призмы 3 с помощью петли так, что может откидываться для чистки рабочих поверхностей призм 3 и 22 после выполнения измерений.

Предлагаемый фотоэлектрический способ изменения показателя преломления и дисперсии моторных топлив осуществляется следующим образом.

В лунку 24 заливают, например, пипеткой Пастера, несколько капель моторного топлива, которое растекается по зазору между рабочей поверхностью измерительной призмы 2 и матовой поверхностью осветительной призмы 22. После нажатия оператором кнопки «измерение» подается питание светодиоду 2 (фиг.6), и желтый свет проходит фильтр 12, становится квазимонохроматическим и направляется вдоль границы контакта исследуемого топлива 4 с рабочей поверхностью измерительной призмы 3.

Квазимонохроматический пучок свет с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 нм и шириной спектра Δλ≤5 нм проходит слой исследуемого топлива 4, преломляется в призму 3, проходит ее, вторично преломляется на выходной грани измерительной призмы 3 и попадает на объектив 5. При этом предельные лучи выходят из призмы 3 относительно нормали к ее выходной грани под углом по формуле (10)

где показатель преломления стекла БК10 призмы 3 для λ_D;

θ=66,5° - угол между рабочей и выходной гранями призмы 3;

n_Dx - показатель преломления исследуемого топлива 4 для λ_D.

Объектив 5 в своей фокальной плоскости, где находятся чувствительные элементы ПЗС приемника 7, строит изображение границы света и тени.

На фиг.7 в качестве примера показаны реально измеренные ПЗС линейкой значения интенсивности света 1 при n₀=1,5688, θ=66,5°: в начале диапазона при измерении n_Dэф=1,3776 (эталонная призма) - кривая 25, в середине диапазона при измерении n_D=1,43861 (реактивное топливо типа РТ) - кривая 26 и в конце диапазона при измерении n_Dx=1,4906 (эталонная пластина из стекла ЛК4) - кривая 27. По оси ординат отложены значения интенсивности света I в относительных единицах и уровни сигнала ПЗС приемника 7 в мВ, а по оси абсцисс - значения углов β_D, координаты границы света и тени X в миллиметрах и номера элементов фотоприемника 7 в пикселях.

Из чертежа на фиг.7 видно, что при углах β_Dx, соответствующих критическим (предельным) углам преломления кривые не пересекают ось абсцисс, а в пределах ΔB_D≈1° приближаются к ней асимптотически. Это вызвано рядом причин, главные из которых: не идеальный монохроматизм света, влияние приповерхностных слоев стекла измерительной призмы и показателя поглощения исследуемого топлива [5].

В работе [5] доказано, что истинная координата границы света и тени X_кр совпадает с точкой перегиба кривой I=f(X_Dкр).

Поэтому для измерения показателя преломления n_Dx моторных топлив предлагается следующий алгоритм действий. В воронку 24 (фиг.5) оправы осветительной призмы 22 заливают одну-две капли исследуемого продукта, например, реактивного топлива типа РТ (середина диапазона измерения: n_Dx=1,4386 и (Δ_FC)=0,00086) и подключают к блоку питания основной источник желтого квазимонохроматического света 2. Микропроцессор начинает опрос уровней потенциалов чувствительных элементов фотоприемника 7 со стороны темной зоны до момента, когда уровень потенциалов элементов ПЗС приемника 7 достигнет уровня установленной ранее величины, например, 0,1 U_max (пунктирная линия 28 на фиг.7).

Таким образом, грубо определяют местоположение границы света и тени X_Dx.

В данном примере X_Dx ≈ Х_ср, что соответствует середине диапазона измерения и середине ПЗС приемника 7, то есть М ≈ 1800 эл.

Предположим, что для данного примера уровень потенциала 0,1 U_max мВ пришелся на 1820-й элемент ПЗС приемника 7.

Далее процессор опрашивает и запоминает потенциалы у ста элементов фотоприемника 7, расположенных справа и слева от грубо найденного 1820-го элемента, то есть получают массив значений потенциалов от 1720-го элемента до 1920-го элемента.

Затем с помощью процессора определяют точку перегиба фрагмента кривой 26 (фиг.8) значений потенциалов от 1720-го до 1920-го элемента (200 элементов) в два этапа следующим образом.

Первый этап - вычисляют первую производную функцию U_i=f(X_i) кривой 26 (фиг.8) с одновременным усреднением (сглаживанием) согласно формуле

где - значение первой производной в i-й точке кривой 26 (фиг.8);

x_i - значение текущего номера элемента ПЗС приемника от x_D=1720 до x_D=1920;

N - шаг отступления вправо и влево от x_i-го элемента;

N_max - предельное значение шагов, зависящее от величины рассеяния или поглощения света топливом.

Второй этап - вычисляют вторую производственную кривой 26, но только в окрестности верхнего экстремума кривой 27 первой производной по формуле

где x_i - номера элементов от приемника от 1810 по 1830-й;

С помощью процессора определяют номер элемента ПЗС приемника 7, на который приходится значение (точка перегиба кривой 26) и, соответственно, местоположение границы света и тени X_Dx относительно среднего значения Х_Dср, соответствующего средней величине диапазона измерения показателя преломления n_Dcp=n_D0sinθ, а затем определяют искомый показатель преломления n_DX топлива по формуле (16):

где

K₁, K₂, K₃ - постоянные коэффициенты степенного ряда. После регистрации x_Dx и определения n_Dx топлива выключают источник света 2 (фиг.5, 6) и включают последовательно сначала источник света 8, а затем источник света 11. При этом каждый раз по описанной выше методике нахождения точки перегиба регистрируют местонахождения границы света и тени соответствующие критическим углам преломления для μ(λ₁)_max=486 нм и μ(λ₂)_max=815 нм, находят разницу и определяют среднюю дисперсию моторного топлива по формуле (17)

где

- угловая дисперсия выходящих из призмы лучей в радианах;

- коэффициент перевода частной дисперсии в среднюю дисперсию (Δ_FC)_x.

Рассмотрим несколько характерных примеров использования предлагаемого способа при работе с предлагаемым устройством в процессе экспрессного анализа топлив.

1. Допустим, предлагаемое фотоэлектрическое устройство (рефрактометр) имеет следующие характеристики: n_D0=1,5688, θ=66,5°, (Δ_FC)₀=0,01015, f'=75,1 мм, фотоприемник 7 (фиг.5) установлен так, что его, например, 1800-й элемент совпадает с перпендикуляром к выходной грани измерительной призмы 3, а в лунку 24 оправы 23 залито реактивное топливо типа РТ с параметрами n_Dx=1,4386 (середина диапазона) и (Δ_FC)_х=0,00865. В этом случае изменение интенсивности света I на многоэлементном ПЗС фотоприемнике 7 можно представить кривой 26 (фиг.7). При включенном желтом светодиоде 2 (фиг.6) точка перегиба кривой 26 (фиг.7) приходится на 1800-й элемент фотоприемника 7 (фиг.5), что соответствует β_DX=0. Микропроцессор по формуле (16) находит

После определения и индикации n_Dx=1,43868 микропроцессор выключает основной источник света 2 (фиг.5, 6) и включает последовательно сначала источник света 8 (μ(λ₁)_max=486 нм), а затем источник света 11 (μ(λ₂)_max=815 нм). При этом каждый раз точки перегиба кривой 26 (фиг.7) регистрируются в одном и том же месте, т.е. Среднюю дисперсию РТ определяют по формуле (17)

По найденным значениям n_DX=1,43868 и (Δ_FC)_х=0,00865 находим основные эксплуатационные характеристики реактивного топлива [3]:

- нагарный фактор Н_ф=85;

- высоту некоптящего пламени h=27,5 мм.

Выводы: данная проба реактивного топлива РТ соответствует заявленным параметрам и ГОСТ 10227-86.

2. Допустим, в лунку 24 оправы 23 (фиг.5) залито летнее дизельное топливо с параметрами n_D=1,4700 и (Δ_FC)_х=0,0110. В этом случае изменение интенсивности света I на чувствительных элементах ПЗС фотоприемника 7 можно представить кривой 29 (фиг.7). При включенном основном источнике света 2 (желтый светодиод) (фиг.6), точка перегиба кривой 29 приходится на 2583-й элемент фотоприемника 7 (фиг.5), что соответствует перемещению границы света и тени в пикселях на ΔМ=1800 - 2583=-783 пикселя или в миллиметрах - на X_Dx=0-6,264=-6,264 мм.

Микропроцессор находит

и

После определения и индикации n_Dx=1,4700023 производят измерение средней дисперсии. При этом микропроцессор выключает основной источник света 2 (фиг. 5, 6) и включает последовательно сначала источник света 8 (μ(λ₁)_max=486 нм), а затем источник света 11 (μ(λ₂)_max=815 нм). При включенном источнике света 8 кривая 29 сдвигается влево (кривая 30) и ее точка перегиба соответствует 2560 элементу ПЗС фотоприемника, а при включенном источнике света 11 кривая 29 сдвигается вправо (кривая 31) и ее точка перегиба соответствует 2635-му элементу.

То есть при смене источника синего света 8 на источник инфракрасного света 11 граница света и тени перемещается на 75 пикселей или

На основании полученных данных n_D=1,4700 и микропроцессор вычисляет среднюю дисперсию (Δ_FC)_x по формуле (17):

3. Если в лунку 24 оправы 23 (фиг.5) залит прямогонный бензин с заявленными параметрами n_D=1,38615 и (Δ_FC)_х=0,0068, то в этом случае изменение интенсивности света I в плоскости чувствительных элементов вдоль линейки ПЗС приемника 7 можно представить кривой 32 (фиг.7).

При включенном основном источнике света 2 точка перегиба кривой 32 приходится на 675-й элемент фотоприемника, что соответствует смещению границы света и тени относительно нормали к грани призмы в пикселях на величину ΔМ=1800-675=1125, или в линейной мере на величину X_Dx=+9 мм.

Микропроцессор находит

После определения и индикации n_D=1,38615 производят измерение средней дисперсии. Микропроцессор выключает основной источник света 2 (фиг.5, 6) и включает источник света 8. При этом кривая 32 сдвигается вправо (кривая 33) и ее точка перегиба соответствует 689 элементу ПЗС фотоприемника. А при включенном источнике света 11 кривая 32 смещается влево (кривая 34) и ее точка перегиба соответствует 647 элементу. То есть при смене источников света граница света и тени перемещается на ΔМ=41,76 пикселей или на

На основании полученных данных n_D=1,38615 и микропроцессор вычисляет среднюю дисперсию (Δ_FC)_x по формуле (1 7):

Результаты измерений n_Dx и (Δ_FC)_x соответствуют заявленным параметрам прямогонного бензина.

Предлагаемый фотоэлектрический способ измерений показателя преломления и средней дисперсии имеет существенные преимущества по сравнению с известными способами, решающими подобную задачу.

Во-первых, предлагаемый способ позволяет более точно измерять показатель преломления моторных топлив благодаря тому, что углы преломления предельных лучей (соответствующих границе света и тени) отсчитываются относительно нормали к выходной грани измерительной призмы, а координаты границы света и тени в плоскости фотоприемника определяются с учетом дисторсии. Поправка рассчитывается полиномом четвертой степени.

Во-вторых, предлагаемый способ позволяет более точно измерять дисперсию моторных топлив благодаря тому, что в отличие от глаза человека в визуальных рефрактометрах, максимум спектральной чувствительности фотоприемников в цифровых рефрактометрах сдвинут в инфракрасную область спектра (как правило, максимум чувствительности от 800 до 1100 нм). Поэтому при смене максимума спектральной плотности излучения света от μ(λ₁)_max=486 нм до μ(λ₂)_max=815 нм происходит в 2,2 раза большее смещение границы света и тени по сравнению со сменой спектральной плотности излучения в диапазоне от μ(λ_F)_max до μ(λ_D)_max.

В-третьих, положение границы света и тени х_λ в предлагаемом способе и устройстве определяется по точке перегиба кривых функций I=f(x_λ) с эффектом сглаживания (усреднения).

Предлагаемое фотоэлектрическое устройство (рефрактометр) для реализации предлагаемого способа имеет существенные преимущества по сравнению с известными устройствами, решающими подобные задачи.

Главное преимущество состоит в том, что, кроме основного источника света с μ(λ_D)_max=589 нм, предлагаемое устройство содержит два дополнительных источника света μ(λ₁)_max=486 нм и μ(λ₂)_max=815 нм, покрытых интерференционными фильтрами с соответствующими максимумами пропускания и

Кроме того, для выравнивания световой энергии на фотоприемнике осветитель содержит цилиндрическую линзу, а для удобства работы с эталонными призмами, например, n_эфф=1,3776, корпус осветителя снабжен шарниром с пружинным фиксатором.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. 3-е изд., перераб., Л.: Химия. 1983. - 352 с., ил.

2. ATAGO Рефрактометры и поляриметры, www/atago.ru/av@labdepot.ru.

3. Спектрорефрактометры Аббе портативные ИРФ-479А, ИРФ-479Б. Регистрационный №65993-16 Типа средства измерения от 16.12.2016 (приказ Госстандарта №1907).

4. Патент РФ №2563310 от 09.01.2014 г. Способ измерения средней дисперсии света и устройство для его осуществления.

5. Патент РФ №2065148 от 05.04.1994 г. Способ измерения показателя преломления прозрачных и поглощающих сред.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается фотоэлектрического способа измерения показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив. При осуществлении способа на границу контакта исследуемого топлива с рабочей поверхностью измерительной призмы рефрактометра с показателем преломления n_D0, средней дисперсией (Δ_FC)₀ и углом наклона выходной грани θ, направляют квазимонохроматический пучок света, с помощью многоэлементного фотоприемника анализируют интенсивность света и регистрируют местоположение границы света и тени. Местоположение границы света и тени X_Dx определяют по точке перегиба кривой интенсивности света и относительно среднего значения X_Dср, соответствующего среднему показателю преломления n_Dcp=n_D0sinθ. По полученным данным определяют с учетом дисторсии искомый показатель преломления. Далее последовательно изменяют длину волны света в коротковолновую и длинноволновую стороны, регистрируют новые местоположения границы света и тени, определяют их разницу и по полученной разнице вычисляют среднюю дисперсию исследуемого топлива. Технический результат заключается в повышении точности измерений показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Фотоэлектрический способ измерения показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив, при котором на границу контакта исследуемого топлива с рабочей поверхностью измерительной призмы рефрактометра, изготовленной из стекла с известными показателем преломления n_D0, средней дисперсией (Δ_FC)₀ и углом наклона выходной грани θ, направляют квазимонохроматический пучок света с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 им, в фокальной плоскости объектива с фокусным расстоянием f' с помощью многоэлементного фотоприемника анализируют интенсивность света I, регистрируют местоположение границы света и тени X_Dx для рабочей длины волны λ_D=589 нм, находят искомый показатель преломления n_DX топлива, изменяют длину волны света в коротковолновую сторону так, что его максимум спектральной плотности излучения μ(λ₁)_max известен и существенно отличается от μ(λ_D)_max регистрируют новое местоположение границы света и тени отличающийся тем, что местоположение границы света и тени X_Dx определяют по точке перегиба кривой интенсивности света I=f(X_Dx) и относительно среднего значения X_Dср, соответствующего среднему показателю преломления n_Dcp=n_D0sinθ, а искомый показатель преломления n_DX определяют с учетом дисторсии по формуле

где

K₁, K₂, K₃ - постоянные коэффициенты степенного ряда, учитывающего влияние дисторсии, затем после регистрации местоположения границы света и тени X_Dx и Х_λ1, соответствующих критическим углам преломления α_Dкр, α_λ1кр, дополнительно изменяют длину волны света в инфракрасную сторону от μ(λ_D)_max на известную и существенную величину, например μ(λ₂)_max=815 им, регистрируют новое местоположение границы света и тени находят разницу и определяют среднюю дисперсию вещества по формуле

где

- угловая дисперсия выходящих из призмы лучей в радианах;

- коэффициент перевода частной дисперсии в среднюю дисперсию (Δ_FC)_x.

2. Устройство для осуществления способа измерения показателя преломления и средней дисперсии моторных топлив, содержащее осветитель с основным источником квазимонохроматического света с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ_D)_max=589 нм и дополнительным источником света с μ(λ₁)_max=486 нм, измерительную призму, рабочая грань которой составляет угол θ с ее выходной гранью и соприкасается с исследуемым топливом, объектив с фокусным расстоянием f', в фокальной плоскости которого установлен многоэлементный фотоприемник, подключенный к электронной схеме управления работой устройства на основе микроконтроллера, индикатор результатов измерений и интерфейс, отличающееся тем, что осветитель содержит второй дополнительный источник света с максимумом спектральной плотности излучения μ(λ₂)_max=815 нм, после которого установлен интерференционный фильтр с максимумом пропускания τ_max=815 нм, полосой пропускания Δλ_0,5≤5 нм и анаморфотный элемент в виде отрицательной цилиндрической призмы.