Устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред Советский патент 1984 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к техничес кой физике, предназначено для иэмер ния оптических постоянных - показателя преломления Пи показателя поглощения К и .может быть использовано для метрологических целей в области рефрактометрии полного внут реннего отражения, где требуется достижение предельных точностей, а также в нефтехимии, химий пиг ментов и красителей, пищевой и фарм цевтической промьцпленности для конт , роля поглощающих сред, Известно устройство для определе ния показателя преломления путем измерения коэффициентов отражения R света при его падении поД определенным углом 6 на .исследуемую среду со стороны измерительного эле мента, находящегося в оптическом контакте с исследуемой средой. Искомые .оптические постоянные П и К функционально связаны с величинами углов падения Q и соответствующих им коэффициентов отражения, а погрешности П и К (т.е. величины ЛП и d К) определяются погрешностями 0 и R (т.е. величинами &0 и Д R) , Измерительные элементы в таких устройствах расположены в кюветном отделении спектрального прибора (перед входной щелью монохроматора) м освещаются сходящимся пучком света . Недостаток данных устройств состоит Б их низкой точности, обусловленной невозможностью точной установки угла падения света из-за существенной непараллельности пучка лучей. При использовании призматического элемента точность снижается путем наложения на рабочий пучок света паразитных бликов, отраженных плоскими гранями элемента при норма ном падении света на них. Наиболее близким к предлагаемому является устройство дпя измерения показателяпреломления поглощающих сред, содержащее источник света и последовательно расположенные по хо луча монохроматор, измерительньй эл мент призматической формы и приемно регистрирующую систему. Установка угла падения 0 в этом рефрактометр производится по веществам с иавестным показателем преломления, дпя которых находится критический угол, после чего из этого положения осве. тительный коллиматор по14орачивают на малые углы 2 . Такая установка угла, хотя и более точна, чей в других известных устройствах lj,Ho тем не менее точность угла не превышает 2 - 3 , что соответствует погрешности изменения п( 1-2) . . Кроме того, здесь также имеется погрешность в измерении из-за паразитных световых бликов от плоских поверхностей линз, поскольку пучки света всегда нормальны этим поверхностям. Особенно сильное влияние оказывают при двухкратном (автоколлимационном) ходе пучка через измерительный элемент. Цель изобретения - повьшение точности измерения оптических постоянных поглощающих сред. Поставленная цель достигается TeMj что в устройство для измерения показателя преломления поглощающих сред, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, измерительньй элемент призматической формы и приемно-регистрирующую сиетему,введены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода Луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, а преломляющий угол измерительного элемента выполнен по величине меньшим наименьшего значения угла б из рабочего диапазона углов падения света на измерительный элемент. На фиг, 1 показана принципиальная схема устройства, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - ход луча и паразитных обратных бликов в измерительном элементе. Устройство содержит осветитель 1, монохроматор 2, полупрозрачное выключаемое зеркало 3, выходную щель 4 монохроматора, набЛкщательную систему 5,внеосевой параболондный объектив 6,плоские зеркала 7 и 11, измерительный элемент 8, автоколлимационное зеркало 9, угломерное устройство tO, приемно регистрирую цее устройство 12, входную грань 13 измерительного элемента.

3 , II2294

Устройство работает следующим образом.

Осветитель 1 освещает входную щель дифракционного монохроматора 2 (показан пунктиром). Разложенное в спектр излучение фокусируется на выходной щели 4 монохроматора. Далее коллимированный зеркалом 6 световой пучок после отражения от зеркала 7 направляется на призматический измерительный элемент 8 с преломляющими углами ос , направляется под углом . 0 к его рабочей поверхности, контактирующей с исследуекшм веществом, отражается от нее и выходит из элемента. После отражения от, автоколлимационного зеркала 9 свет вторично отражается от рабочей границы элемента под тем же углом 9 что удваивает чувствительность измерения.

Идя в обратном направлении световой пучок фокусируется зеркалом 6, причём на выходной щели 4 монохроматора строит ее же перевернутое изображение, т.е. изображение верхней половины щели. Вблизи щели А, перекрвая нижнюю ее половину, установлено наклонно к оптической оси плоское зеркало 11, которое перехватывает возвращенный пучок света и направляет 6ГО на приемно-регистрирующее устройство, измеряющее коэффициенты отражения R, по которым рассчитваются значения П и К.

9 в предлагаемом

устройстве производят следукяцим образом.

Сначала входную грань 13 измерительного элемента 8 устанавливают нормально к падак щему пучку света. Для этого полупрозрачное зеркало 3 1ВВОДЯТ в ход лучей, а зеркало 11 выводят, С помощью наблюдательной системы 5 визуально.рассматривается плоскость выходной щели 4. При .установке грани 13 нормально световому пучку на щели 4 наблюдается автоколлимационное изображение от нее. После этой операции зеркало 3 выводят из хода лучей, а зеркало 11 вводят. Затем с помощью угломерного устройства 10 измерительный элемент 8 поворачивается на угол if такой величины, чтобы обеспечить заданный. угол падения 9 на рабочую грань (фиг. 3). Связь величины 1Р д,аетсв легко выводимьм вьфажением Э ti +

+ src8in(ain- ) , где сС и п - прелоляющий угол измерительного элемента и его показатель преломления.

Для возвращения рабочего пучка в обратном направлении автоксллимационное зеркало 9 поворачивают на угол 2(р. Точность установки углов б определяется погрешностью установки входной грани элемента нормально к пучку света и погрешностью измерени поворота измерительного элемента. Установку входной грани нормально к пучку с помощью предлагаемого устроства, включающего зеркало 3 и наблюдательную систему 5, производят с погрешностью не более 5 - 10 , а измерение угла поворота измерительног элемента - с погрешностью не более 10 . Поэтому среднеквадратичная погрешность угла поворота измерительного элемента Afp не превосходит 14

Поскольку, погрешность угла поворота элемента btf и погрешность установки угла падения света на элемент й6 связаны легко выводимым приближенньм соотношением Д(| пЛ9 (т.е. допустимая погрешность угломера в п раз больше допустимой погрешности установки угла падения света), то, следовательно, погрешность в предлагаемом устройстве не превосходит 6 - 7 Это дает возможность достижения погрешности измерения п не более (2-5) «10, т.е. почти на порядок точнее из.честного устройства.

Предлагаемое устройство способствует более точному измерению коэффициента отражения Rj так как не уменьшает световой поток поскольку при измерении R зеркало 3 выключается из хода световых лучей.

Повьш1ение точности измерения R в предлагаемом устройстве достигается путем исключения влияния паразиту ных световых бликов, отраженных плоскими нерабочими поверхностями элемента, налагающимися на рабочий световрй сигнал, отраженный поверхностью соприкосновения элемента и . исследуемой среды. . , ,

Исключение влияцйя этих бликов достигается выполнением угла oi измерительного элемента по величин ; меньше наименьшего б из рабочего диапазона углов падения. В этом случае при любом б пучки света не падают нормально на плоские повррхности элемента, поэтому паразитные

обратные блики от обеих граней элемента (показаны пунктщзом) не идут по пути рабочего луча (показан сплошной.линтей),. а уходят в сторону (фиг. 3). Тем самым исключается имеющаяся в известном устройстве погрешность в измеряемом значении

R путем наложения на рабочий пучок яаразитных бликов.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит повысить точность измерения путем повышения точности установки угла падения света и исключения паразитных бликов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГ-ШРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОГЛ0111АЮЩИХ СРЕД, содержащее источник света и последовательно расположенные по ходу луча монохроматор, измерительный элемент призматической формы и приемно-регистрирующую систему, о тличающе е ся тем,- что, с целью повьшения точности измерения, в устройство введены наблюдательная система и полупрозрачное зеркало, установленное в монохроматоре перед его выходной щелью наклонно к оптической оси и выполненное с возможностью выведения его из хода луча, а наблюдательная система установлена так, что ее фокус совмещен с выходной щелью монохроматора, при этом преломляющий Угол-измерительного элемента выполнен по величине i меньшим наименьшего значения угла Q из рабочего диапазона углов падения (Л света на измерительный элемент.