Поляризационный рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) Советский патент 1984 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к оптико-ме ханическим приборам и предназначено для измерений показателя преломления например, жидких .сред, методом нарушенного полного внутреннего- отражеНИН (НПВО|.Известен поляризационный рефракто метр, содержащий источник света, поляризатор, модулятор, анализатор и измерительный блок ul1. К его недостаткам следует отнести йёвысокую точность, потери световой энергии, значительные.габаритные раз меры. . Наиболее близким по технической сущности к изобретению являются поляризационный рефрактометр НГОО, содержапщй источник излучения и пойледовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляризационный шьтр азимут плоскости поляриаации которого составляет угол +45 по отнсяиешда к плоскости падени(1 излучения, четвертьволновую пластинку, установЛенную нормально к пучку излучения, измерительиу призму, крнтактируюиогю с .исследуемой средой, второй поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого сое-уавляет угол -45 по отиошений к плоскости падения излучения, и фотоприемник электрически соеднненньй со следящей системой автоматической установки псевдокритического угла падения 12 j|. |1едостатком известного устройства является наличие в оптической схеме магнитооптических модуляторов состояния поляризации света Устаиовя&яяьк меазду поляризационнюш 4яшьтра ш стеклянные стержни магнитооптических модуляторов имеют постоянное двойное лучепреломление (вследствие неравномерного охлаждения стекла hpи его варке), либо наведённое двойиое лучепреломление (вследствие неравномериого нагрева их теплом, выделяюЕ мся катушками с током). Это при водит к неконтролируемому изменению состояния поляризации света и к допозгаительиым погревкостям измерений показателей преломления. Кроме того, значительные габариты и вес магнитооптических модуляторов (габариты не менее 50x50x60 tat я вес не меиее 0,5 кг I, усложняют конструкцию устройства и препятствует созданию малогабаритных портативных рефрактометров, а наличие в рабочем пучке стеклянных стержней магнитооптических модуляторов увеличивает потери света, которые неизбежны на каждой границе воздУх-стекло, Это вынуждает увеличивать мощность источника света, что для дортативиых рефрактометров также нежелательно. Целью изобретения является повышение точности, уменьшение потерь света и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем что в рефрактометр, содержаощй источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол по отношению к плоскости падения излучения, четвертьволновую пластинку, установленную нормально к пучку излучения, измерительную призму, контактирующую с исследуемой средой, второй поляризационный фильтруазимут плоскости поляризаций которого составляет УГОЛ -45 по отношению к плоскости падения излучения, фотоприемник, электрически соединенный со следящей системой автоматической уста- иовки псевдокритического угла падения, введены неподвижные основание и электромеханический преобразователь, ротор Которого упруго соединен с неподвижным основанием, а четвертьволновая пластина укреплена на роторе электромеханического преобразователя так, что в среднем положении ротора главные оси четвертьволновой пластинки точно совпадают соответственно с плоскостями пропускания поляризационных фШ1ьтров. На чертеже показана схема устройства . Поляризационный рефрактометр НПВО сод1ержит источник 1 света, коллиматОр 2, светофильтр 3, измерительную призму 4, соприкасающуюся с исследуемой средой, например с жидкостью 5. По обе стороны измерительной приз мы 4 установлены неподвижно поляризационные фильтры 6 и 7, азимуты плоскостей поляризации кото1илх посг тоянио взаимно ортогональны и составляют с плоскостью падения углы соответственно +45 и -45. За поляризационным фильтром 7 установлен фотоприемник 8, который является составной частью следящей системы, в которую входят избирательный усилитель 9, настроенный на частоту iw .сети, и реверсивный двигатель 10. Между поляризационными фильтрами 6 и 7, например перед измерительной призмой,Vустановлен электромеханиу ческий преобразователь, который упр го соединен с неподвиткным основание 1 и выполнен, например, в виде кбль-Ю ца 12 из диамагнитного материала с сектором 13 из магнитомягкого материала. Ротор 12 закреплен на концах плоских упругих элементов (пружин 14, противоположные конщл которых закреплены на основании I1. Вблизи сектора 13 неподвижно укреплен магнитопровод 15 с зазором 16, который проходит через центр катушки 17. Последняя через диод 18 подключена к сети переменного тока промышленной частоты Гц. На роторе 12 электромеханического модулятора нормально к рабочему пучку свети,укреплена четвертьволновая пластинка 19, причем так, что в сред нем положении ротора главные оси чет вертьволновой пластинки точно совпадают с плоскостями пропускания поляризационных фильтров 6 и 7. Длина упругих элементов 14 и масса ротора 12 выбраны такими, при которых частота собственных колебаний ротора 12 близка к частоте возбуждения, т.е. к частоте to сети..Для компенсации фазовых искажений в следящей системе обмотка возбуждения реверсивного двигателя 10 подключена к сети через фазовый регулятор 20. Для контроля угла падения света ot устройство снабжено углоизмерительным уст- ройством 21. Поляризационный рефрактометр . НПВО работает следующим образом. Свет от источника 1 коллиматором 2 формируется в параллельный пучок, проходит светофильтр 3, поляризацион ный шьтр 6, четвертьволновую пластинку 19 и под углом оС падает на границу раздела двух сред: стекла 4 и исследуемой среды 5. Отраженный от границы раздела сред 4 и 5 световой поток проходит поляризационный фильт 7 и падает на фотоприемник 8. Переменный ток, протекая через ди од 18 по катушке 17, создает в зазоре 16 магнитопровода 15 пульсирующее магнитное поле, которое периодичес434ки с частотой сети W увлекает сектор 13 и заставляет ротор 12 совместно с пластинкой 19 совершать колебательч ные движения вокруг оптической оси небольшой угол (,08 рад также с частотой сети ui . При этом на границу раздела сред 4 и 5 падает преимущественно линейно поляризованный под углом ЛЗ свет, но промодулированный с частотой и как по азимуту, так и по разности фаз практически на одинаковую величину )t ,, , После поляризационного фильтра 7 фотоприемник 8 воспринимает свет, изменяющийся по закону Л . . J -; 1-00324 COS ( S п 2 V-sin сЛсо92Ч V StnCl}t , где V - относительное изменение восстановленной линейной поляризации при внутреннем отраже- ; НИИ света; 5 - изменение разности фаз меж ду Р, и S составлякхцими при внутреннем отражении света. Если угол падения света cL , например, первоначально меньше крити-ческого (p , при котором , то в спектре сигнала фотоприе1 1ника 8 присутствует первая гармоника частоты ш , которая усиливается усилителем 9, подается на обмотку упрашления двигателя 10 и происходит изменение угла падения ci с помощью следящей системы в сторону критического угла Я npi ЕСЛИ угол падения ut затем стал больше критического (ci при котором то в спектре сигнала фотоприемника 8 также будет присутствовать первая гармоника частоты си , но фаза ее будет отличаться на Ti радиан От nepf воначальной, и двигатель 10 будет вращаться в прот 1воположную сторону. Если et кр то в спектре сигнала фотоприемника 8 отсутствует первая гармоника частоты ui и двигатель 10 ос-: танавливается, а углоизмерительное устройство 21 фиксирует значение угла падения об , р. Значение искомого показателя преломления п. исследуемой среды 5 определяют по простой формуле Пх Пд5 пвСцрНапример с помощью микрокалькулятора или встроеиного простого микропроцессора. Предлагаемый поляризационный рефрактометр НПВО имеет принципиальные .

ПОЛЯРИЗАЩЮННЬЙ РЕФРАКТОМЕТР НАРУШЕННОГО nOJHiOrO ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения коллиматор, светофильтр, первый поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол +45°, по отношению к плоскости падения излучения, четвертьволновую пластину, установленную нормально к пучку излучения, измерительную .призму, контактирующую с исследуемой средой, второй поляризационный фильтр, азимут плоскости поляризации которого составляет угол -45 по ьтношению к плоскости падения излученияj фотоприемник, электрически соединенный со следящей системой, автоматической установки псевдокритического угла падения, отличающийся тем, что, с целью повыиения точности, уменьшения потерь и упрощения конструкции, в рефрактометр введены неподвижное основание и электромеханический преобразователь, ротор ко(О торого упруго соединен с неподвижным основанием, а четвертьволновая пластина укреплена на роторе электромеханического преобразователя так, что в среднем положении ротора главные оси четвертьволновой пластины сово падают с плоскостями пропускания по00 ляри3анионных фильтров. 00 4 00