Автоматический погружной рефрактометр Советский патент 1983 года по МПК G01N21/41 

(5 ) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОГРУЖНОЙ РЕФРАКТОМЕТР

1

Изобретение относится к устройствам для исследования физических свойств веществ, а именно к рефрактометрам, и может быть исиользовано при дистанционном измерении показателя преломления прозрачних хидкостей и газов.

Известны aвтo лaтичecкиe погружные рефрактометры, действие которых основано на изменении угла отклонения светового пучка в зависимости от оеличины показателя преломления 1 .

Однако такое устройство обладает ограниченной точностью.

Наиболее близким техническим реше-., нием к предлагаемому является авто(лптический погружной рефрактометр, содержащий источники излучения и расположенные по ходу излучения цель, объектив, гониометрическую кювету и го строчный фотоприемник tz.

Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения, обусловленная влиянием изменений

напряжения питания сканистора, температурнмми флуктуациями и другими причинами, характерными для аналоговых преобразователей. Эти недостатки могут быть устранены лишь при преобразовании оптической информации в дискретную форму без промежуточного преобразования в аналоговый электрический сигнал, однако в устройстие-прототипе не представляется возмо.ным осуществить такое преобразование,поскольку дискреткые многоэлементные приемники имеют столь большие размеры светочувствительных площадок, что погрешность дискретизации становится недопустимо большой.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматический погружной рефрактометр, содержащий источник излучения и располохсенные по ходу излучения щель, коллимационный объектив, гониометрическую кювету и строчный Лотоприемник, 310 дополнительно введены п строчных фото приемников, выполненных в виде единой матрицы, генератор импульсов, механиз поворота матрицы, пороговое устройстЕЮ триггер, логическая схема И и счетчик причем выход матрицы соединен с входо порогового устройства, выход которого подключен к входу S триггера, выход R триггера соединен с первым входом л гической схемы И, второй вход которой подключен к первому выходу генератора импульсов и к входу матрицы, а оыход к входу счетчика, второй выход генера тора импульсов подключен к R «ходу триггера, а третий выход - к второму входу счетчика, причем щель развернута относительно столбца матрицы на угол, равный arctg ll - , где h и Н - шаг элементов матрицы соответственно вдоль строки и столбца; п - число строк матоицы; К t1, t2, t 3 .... На фиг. 1 представлена блок-схема одного из вариантов устройства; на фиг. 2 - расположение изображения щели относительно элементов /«трицы фотоприемников. Устройство содержит источник 1 излучения, оптически сопряженным конденсатором 2 с щелью 3. Щель помецена в фокальной плоскости объектива А. Гониометрическая кювета образована иллюминатором 5 и зеркалом б. В фокальной плоскости объектива t помещена матрица 7 фотоприемников с. механизмом 8 ее поворота относительно изображения щели 3. В данном примере использована матрица при()оров с зарядовой связью (ПЭС). Выход матрицы подключен через пороговое устройство 9 к входу 5 триггера 10. Виход R триггера присоединен к первому входу логической ячейки И 11, выход которой подключен к первому входу счетчика 12. Устройство содержит также генератор 13 импульсов (импульсов последовательного опроса элементов матрицы вдоль строки и or строки к строке), имеющий первый выход тактовых импульсов, подключенный к входу матрицы и к второму входу логической ячейки И, второй выход импульса начала строки, подключенный к входу R триггера, и третий выход импульса начала кадра, подключенный к второму входу счетчика сброса в О. Матрица ПЭС содержит (фиг. 2) 192 элемента, расположенных в 16 столбцов и 12 строк ( обозначение элемента 654 где i - номер столбца; К - ноиер строки). Изображение И щели 3 рапвернуто относительно столбца матрицы на угол, тангенс. которого равен , где Ц и Н - шаг элементов матрицы соответственно вдоль строки и столбца. Устройство работает следующим образом. Элементами 1-4 формируется коллимированный световой пучок,, проходящий через иллюминатор 5 и исследуемую срезаключенную в кювете ( между илдулюминатором 5 и зеркалом 6 ); отразив-, шись от зеркала, световой пучок вновь проходит через иллюминатор 5 под углом (,к оптической оси объектива ), величина которого зависит от показателя преломления исследуемой среды. D результате, при изменении показателя преломления перемещается изображение щели в фокальной плоскости объектива k. В этой плоскости установлены светочувствительные элементы - матрица ПЭС 7. Механизм 8 поворота служит для установки ее таким образом, что изображение щели наклонено относительно столбца матрицы 7 на угол гтт (р эально порядка 10, так как обычно шаг элементов матрицы вдоль строки мало отличается от шага вдоль столбца ). Работа устройства происходитциклами, последовательность которых задается генератором 13 импульсов. В начале цикла выдается импульс Начало 1Йдра, которым счетчик 12 импульсов устанавливается в О. Далее следует импульс Начало строки, который устанавливает триггер 10 в положение, при котором на выход R подается вьсокое напряжение. При этом через логическую схему И 11 на счетчик 12 начинают поступать импульсы одновременно с импульсами сдвига ( развертки ) первой строки (тактовыми импульсами). Так происходит до тех пор, пока на выход матрицы ПЭС 7 не попадет импульс, соответствующий засвеченному элементу световой поток, падающий tia него, превышает пороговую величину ). Этот импульс npoxofliiT через порого1юе устройство 9 и перебрасывает триггер 10 в положение, при котором на выходе R низкое напряжение. Логическая схема и 11 перестает пропускать импульсы от генератора 13 импульсов на счетчик 12. Таким образом, счетчик 12 фиксирует количество импульсов, равное числу 5. 1000 элементов первой строки ПЭС от первого в строке до первого засоеченного ( три импульса при положении щели ,изображенном на фиг. 2 непрерывной линией-). Далее по мере сканирования стро- j ки в работе устройства ничего не изменится t импульсы на счетчик 12 не поступают). Изменение наступит только в начале второй строки, когда импульс Иачало строки перебросит триггер 10,10 и на счетчик 12 начнут поступать импульсы от первого во второй строке до импульса, соответствующего первому засвеченному элементу в этой строке. При появлении на выходе матрицы 7 им-15 пульса от засвеченного элемента пропускание тактовых импульсов н;а счетчик 12 прекратится и т.д. Таким образом, при развертке изоб ражения со всех элементов матрицы 7 счетчик 12 зафиксирует ко/мчество им пульсов, равное количеству элементов От первого в строке до первого aacBe ченного (эти элементы ограничены мир ной сплошной линией на фиг. 2). Присмещении изображения щели 3 на один элемент вправо, в каждой строке доба вится по одному элементу, т.е. счетчик .12 зафиксирует на п импульсов больше. При смещении изображения на долю ширины элемента ( это смещение показано пунктирной линией на фиг. 2 для гт) З) количество нез)свеченных элементов увеличится нп (на k на фиг. 2, где элементы, о(5еспечивающие прохождение импульсов на счетчик 12, находятся слева от жирной пунктирной линии). Техническая эффективность предлагаемого устройства состоит в повышеНИИ точности измерения показателя преломления. В предлагаемом ycTpovV стве обеспечивается регистрация смещения полосы в дискретной форме Например, при использовании матрицы в 200 строк при ширине элемента 20 мкм погрешность составит 0,1 мкм, что эквивалентно при фокусном расстоянии объектива i200 мм, углу отклонения светового пучка 5 . Тикрй угол, при чувствительности гониометрической кюветы порядка 1, соответст вует пороговой величине показателя преломления 5-10 рад, что меньше погрешности, даваемой проектом всесоюзного эталона. Снижению погрешнос ти способствует непосредственное преобразование положения свето65в дискретный сигнал. Это вого пучка снижение погрешности тем более эффективно, что благодаря цикличности, т.е. увеличению количества сзсмов . информации о положении полосы ( цикл состоит из п отсчетов, где п - число строк), снижается вес сбоев, обусловленных неравномерностью чувствительности элементов матрицы, а погрешности, связанной с флуктуациями уровня порога (так как примерно равновероятны мгновенное флуктуационное повышение и понижение порогового уровня, благодаря большому количеству отсчетов эта погрешность,существенно снижается )« Формула изобретения Автоматический погружной рефрактометр, содержащий источник излучения и расположенные по ходу излучения щель, коллимационный объектив, гониометрическую кювету и строчный фотоприемник, отличаюи1иися мерении, в него дополнитель.но введены п строчных фотоприемников, выполненных в виде единой матрицы, генератор импульсов, механизм поворота матрицы, пороговое устройство, триггер, логическая схема И и счетчик, причем выход матрицы соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к входу S триггера, выход R триггера соединен е первым входом логической схемы И, второй вход которой подключен к первому выходу генератора импульсов и к входу матрицы, а выход - к входу сче;тчика, второй выход-генератора импульсов подключен к R входу триггера, а третий выход - к второму входу счетчика, причем щель развернута относительно столбца матрицы на угол, равный arctg - , где Ъ и Н - шог элементов матрицы соответственно вдоль строки и столбца п - число строк матрицы; K ±1,±2,t3.... Источники информации, принятые во внимание при, эксп гртизе 1.Авторское свидетельство СССР 705313, кл. 6, 01 N 21/4l , .1975. 2.Авторское свидетельство СССР f 46304i, кл. G, 01 N , 6Q прототип).

v

Э

е3(1 L

3,6

-Л.

/6-6

Фиг. 2