Рефрактометр Советский патент 1987 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, в частности к рефрактометрам.

Цель изобретения - повьппенйе точности и расширение диапазона измерения показателя преломпения.

На чертеже изображена схема рефрактометра.

Рефрактометр содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные по ходу излучения акустоопти- ческий дефлектор 2, световод 3, акус тооптический дефлектор 4, рассеивающую линзу 5, диафрагму 6 и фотоприемник 7. Световод 3 имеет отражающие покрытия 8 и 9 на торцах. В покрытии 8 имеются окна 10 и 11 для ввода и вывода излучения. Фотоприемник

7соединен с электрической схемой, включающей последовательно соединенные усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13 и контрол- ;Ле15 14. Акустооптические дефлекторы 2 и 4 через усилители 15 и 16 и умножители ; частоты 17 и 18 подключены к таймерным выходам контроллера 14.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 излучения отклоняется акустооптическим дефлектором 2 и через окно 10 вводится в световод 3. Свет многократно проходит световод 3 во встречных направлениях, отражаясь от покрытий

8и 9, на его торцах и от границ направляющих плоскостей световода с исследуемой средой.-Коэффициент от ражения света от границы со средой зависит от ее показателя преломления и угла падения. У.гол падения определяется углом отклонения в акустооптическом дефлекторе 2 и различается для различных лучей пучка. Излучение, прошедшее через световод и вышедшее через окно 11, отклоняется акустооптическим дефлектором

4 и попадает на рессеивающую линзу 5, служащую для увеличения расходи- мости пучка. Часть излучения, прошедшего через линзу 5, попадает через отверстие диафрагмы 6 на фотоприемник 7, сигнала которого через усилитель 12 и АЦП 13 вводится в контроллер 14. Контроллер вырабатывает частоты, управляющие углами отклонения света в акустооптических дефлекторах 2 и 4. Изменение Йитающей частоты акустооптического дефлектора 2 меняет угол ввода света в световод и угол падения пучка света на границу световода со средой. Изменение питающей частоты акустооптического дефлектора 4 позволяет направить любую часть прошедшего пучка через диафрагму 6 на фотоприемник 7. Этим обеспечивается ввод в контроллер информации о распределении мощности

по углам в световом пучке.

5

0

0

Перед измерением в запоминающее устройство контроллера вводится информация о распределениях мощности в световом пучке, прошедшем световод,

находящийся в воздухе при различных углах ввода пучка. Погружение световода в исследуемую среду приводит к изменению распределения мощности по углам в прошедшем световом пучке.

0 Контроллер устанавливает такой угол ввода пучка света в световод, при котором распределение мощности по углам изменяется наиболее сильно. Это происходит, когда условия полного внутреннего отражения (ПВО) нару- шены для половины лучей пучка. Изменение функции распределения мощности по углам при заданном угле падения пучка в световоде однозначно связано с величиной измеряемого показателя

.преломления. Значение показателя . преломления вычисляется контроллером по частотам, питающим акустооптичес- кие дефлекторы 2 и 4, фототоку фото5 приемника 7 программным способом. Контроллер сканирует частоты акустооптических дефлекторов, сравнивает распределение мощности по углам с занесенным в запоминающее устройство и отыскивает частоты, для которых эти распределения различаются. Частота акустооптического дефлектора 2 устанавливается такой, чтобы функции распределения совпадали для половины

лучей пучка. Эта частота определяет приближенное значение угла ПВО. Поправка этого значения вводится по частоте дефлектора 4, соответствуюш,ей максимальной производной от разности

0 запомненного и измеренного фототоков по частоте дефлектора 4. Величина измеряемого показателя преломления определяется из значения угла ПВО по формуле Френеля программным

5 способом, основанным на приведенньж соотношениях.

Для луча, попадающего на фотоприемник, справедливо соотношение

КАЧ-Л + К.с;,

г )

+ KjCp

где Кд,К|,К4иС, - постоянные, определяемые расстоянием между оптическими элементами рефрактометра, Ч л. соответственно углы на выходе лазера и углы отклонения в акустооптических дефлекторах.

Рассеивающая линза и диафрагма при выводе этого соотношения не учитываются. Их наличие приводит лишь к эквивалентному уменьшению размеров приемной площадки фотоприемника.

Угол падения ipr, луча в световоде, являкмцемся элементом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), определяется по формуле

Cf -S-Cf -q), ,

где 0 .- постоянная угловая величина, определяемая при калибровке. Измеряемый показатель преломления п определяется по граничному значе- нию угла (Срп + Cf, )гр для которого выполняется условие ПВО

п П Sin(0 - (,)rp), (3)

4где п. - показатель преломления

товода.

; Граничному значению угла соответствует максимальное значение производной светопропускания элемента НПВО по углу падения луча. Величина светопропускания определяется путем сравнения освещенностей фотоприемника при нахождении световода в воздухе и в исследуемой жидкости.

При нахождении световода в воздухе при неизменном угле q значение угла tp, изменяется от минимального до максимального своего значения, в результате чего определяется постоянная величи1|а С, соответствующая максимальной освещенности фотоприемника, по формуле

Сг K,cf, + КгЧ.(4)

В дальнейшем при всехизменениях

угла (р величина угла Cf выбирается

из условия

(1)

2 - КЛ, )

(3)

При этом на фотоприемник попадает центральный луч лазерного пучка. При нахождении световода в воздухе для всех возможных значений Q,; измеряется освещенность фотоприемника . При погружении световода в жидкость величина угла qi, последовательно увеличивается от своего минимального значения при

- Eei

(6)

- измеренная освещенность, - заданная постоянная (точность изменения освещенности) .

Е; - Eoi Е , + Е;,

вычисляется ве- 2Е.

а угол

tp, увеличивается, пока выполняется условие

+ Е..

- 2Е0.. (7),

-

При невыполнении условия (7) производная величины светопропускания по углу падения достигает своего макси30 мального значения, а показатель преломления п исследуемой жидкости определяют по формуле (3) при (f, Q,i . При этом, поскольку величина б определяется при калибровке, до пускается величину угла qi выбирать, .произвольно.

Высокая точность измерения показателя преломления достигается тем,

40 что в устройстве на фотоприемник попадают лучи, имеющие- близкие углы падения на границу световода со средой. Изменение показателя преломления среды одинаково влияет на их ослабле- 45 нйе. Когда угол падения регистрируемых лучей на границу со средой совпадает с углом ПВО, светопропуска- ние световодом таких лучей зависит от показателя преломления среды. Из50 менение угла падения пучка с помощью акустооптического дефлектора 2 позволяет измерять показатель преломления в больших пределах его измерения.

55

Формула изобретения

Рефрактометр, содержащий источник излучения и пос.педовательно

5 1286960 6

расположенные по ходу излучения све-дефлектор расположен по ходу излуче

товод, представляющий собой плоско-ния между источником излучения и

параллельную пластину,,и фотоприем-световодом, :второй акустойптический

ник, соединенный с электрическойдефлектор, рассеивающая линза и дисхемой, отличающийся5 афрагма расположены последовательно

тем, что, с целью повьшения точностипо ходу излучения между световодом

и расширения диапазона измерения по-и фотоприемником,,,световод имеет

казателя преломления, в устройствоотражающие покрытия на торцах с окнавведены два акустооптических дефлек-ми для ввода и вывода излучения, а

тора, рассеивающая линза и диафраг-10 , акустооптические дефлекторы соедима, причем один акустооптическийнены с выходом электрической схемы.

Изобретение относится к оптическим измерительным приборам, а именно к рефрактометрам. Излучение источника 1, пройдя через дефлектор 2, попадает в световод 3, испытывает там многократное отражение от границы с исследуемой средой и направляется дефлектором 4 через линзу 5 и диафрагму 6 на фотоприемник. Угол падения излучения на границу световода со средой определяется углом отклонения дефлектора 2. Дефлектор 4 обеспечивает попадание прошедшего излучения на фотоприемник. Линза 5 служит для увеличения углов между лУчами светового пучка, а диафрагма 6 - для их селекции. Высокая точность достигается тем, что на фотоприемник попадают лучи, имеющие близкие углы падения в световоде. Изменение угла падения излучения путем его отклонения в дефлекторе 2 позволяет проводить измерения показателя преломления в широком диапазоне. 1 ил. /) 00 Од to О) о