Способ измерения показателя преломления Советский патент 1987 года по МПК G01N21/45 

113

Изобретение относится к оптичесим измерениям, а именно к способам змерения показателей преломления розрачных трубчатых объектов, нап- имер капилляров.

Цель изобретения - расширение обасти применения, что позволяет опеделять показатель преломления трубатых объектов.

На фиг.1 показана структурная схеа устройства, реализующего способ; на фиг.2 - развертка части круговой йтерференционной картины на плоскость, отражающая зависимость интенсивности рассеянного вперед излучения от угла 6 выхода лучей из объекта; на фиг.3 - ход лучей через трубчатый объект; на фиг.4 - график зависимости угла выхода луча от отношения расстояния входа луча до оси, проходящей через центр трубчатого объекта, к его наружному радиусу.

Способ осуществляют следующим образом.

Луч лазера 1 коллимируют оптической системой 2 и направляют на измеряемый объект - капилляр 3. Максимумы интерференционной картины после прохождения капилляра 3 фиксируют фоточувствительными элементами 4 и 5, например, в виде приборов с зарядовой связью, котбрые устанавливают так, чтобы охватить возможные угловые перемещения этих максимумов.

Зафиксированная информация поступает в кодирующие устр ойства 6 и 7. В устройстве 6 осуществляют кодирование угла вьгхода б , а в устройстве 7 - угла выхода 0. С выхода устройств 6 и 7 закодированные значения поступают на адресные входы постоянных запоминающих устройств 8 и 9, в которых запрограммирована зависимость между величинами 9 и Х, а также 9, и X,, соответственно,. Значения X, и X,j с информационных выходов постоянных запоминающих устройств 8 и 9 поступают на вход делительного устройства 10. Результат деления индицируют с помощью регистратора 11. Формование максимумов интерференционной картины на фиг.1 объясняется ходом лучей через трубчатый объект. Учитываются лучи, вносящие основной вклад в индикатриссу рассеянного вперед излучения в диапазоне углов, отмеченных на фиг.2 (от -90 до +90 ). В зависимости от границ внутреннего

92

отверстия и показателя преломления материала объекта выделяют три основные зоны прохождения лучей, характерных для цилиндрических тел с внутренним отверстием. На фиг.З эти зоны

разделены пунктирными линиями 13 и 15 (для левой половины ход лучей симметричен показанному), Лучи первой зоны 12-13 проходят через две стенки

трубчатого объекта и внутреннее отверстие и выходят под углом 0, . Лучи второй зоны 13-15 входят в него, испытывают полное внутреннее отражение на границе внутреннего отверстия и

выходят из под углом 0J . Лучи третьей зоны 15-16 выходят под углом 9 .

Углы выхода лучей из трубчатого объекта определяются соотношениями, полученными аналитически для каждой

из зон:

5

9 2(arcsin-- - arcsin- + arcsin- - - а па nb

. 1,

-arcsin--; Ь

0 2(arcsin1-arcsin-- +arcsin- (1)

па

nb

- arcsin-.-) ; Ь

0с 2(arcsin - - arcsin -r-) , nb b

(2)

(3)

где ,a,; - переменные величины, характеризующие

2 удаление входа лучей от оси пучка излучения, проходящей через центр трубчатого объекта.

На основании соотношений (1)-(3) построен график зависимости угла 9

40 выхода луча от отношения величин 1/Ь для фиксированных значений а и Ь.

Перегибы на графике в точках X, па/Ь и Xj a/b свидетельствуют о возможности фиксации этих точек. Гра45 Фик на фиг.4 построен для узкого элементарного луча, перемещающегося параллельно от оси, проходящей через центр трубчатого объекта, к наружному краю последнего. Если рассмотрим

50 множество элементарных лучей с учетом волновой .оптики, получим интерференционную картину, представленную на фиг,1. При этом максимумы интерференционной картины для углов 0

и 9 связаны с перегибами кривой на фиг.З.

Таким образом,- как интерференционная картина (фиг.2), полученная на основе волновой оптики, так и график

на фиг.4, полученный на основе геометрической оптики, подтверждают возможность определения величин Х и X а также показателя преломления материала капилляра по отношению этих величин.

Аналогично можно показать возможность определения показателя преломления материала трубчатых объектов при измерении значений углов 8 и 0 , соответствующих другой паре максимумов, показанных на фиг.1, а такж при фиксации положения всех четырех максимумов интерференционной картины

В последнем случае необходимо оперировать со значениями, равными полусумме модулей углов, соответствующих первым (/97/ ) и вторым (/0Z/ максимумам интерференционной картины, измереннь относительно оси измерения.

Таким образом способ позволяет измерять показатель преломления на основе особенностей прохождения излучения через прозрачные трубчатые объекты.

Предлагаемый способ найдет применение в процессе изготовления капилляров. Одной из важнейших задач при вытяжке стеклянных капилляров является получение объективной информаци об их геометрических параметрах - внешнем и внутреннем диаметрах. При этом погрешность измерения в шир.оком диапазоне (от О,1 до 25 мм) для вы- тягиваемых капилляров и заготовок не должна превышать 0,5%.

O

5

0

5

0

Существующие методы и средства измерения внутреннего диаметра прозрачных трубок и капилляров харав;тери- зуются зависимостью результатов измерения от показателя преломления материала измеряемого объекта. Однако допуски значений показателя преломления материала заготовок, поступающих на обработку, зачастую превышают допустимую погрешность измерения геометрических размеров капилляров,что приводит к снижению эффективности выпуска годных изделий.

Применение способа измерения показателя преломления позволит повысить точность измерения величин, используемых для регулировки процесса вытяжки, и улучшить качество выпускаемых капилляров.

Формула изобретения

Способ измерения показателя преломления, основанный на облучении образца с последующим измерением положения интерференционных экстремумов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, измеряют угловое положение первых и вторых экстремумов интерференционной картины относительно оси измерения, проходящей через измеряемый объект и источник излучения, и по угловому положению первого и второго экстремумов, расположенных с противоположных сторон оси измерения, судят об искомой величине.

1(9)

Изобретение предназначено для измерения показателя преломления прозрачных капилляров. Целью изобретения является расширение области применения. Согласно особенностям строения капилляра создается картина рассеянного излучения, характеристики которой связаны с показателем преломления материала и отношением внутреннего и внешнего диаметров капилляра. Характеристиками, позволяющими измерять показатель преломления материала капилляра, являются экстремумы интерференционной картины. В . результате измерения положения экстремума интерференционной картины, соответствующего произведению показателя преломления на отношение внутреннего и внешнего радиусов капилляра, а также положения экстремума, соответствующего отношению внутреннего радиуса к внешнему, определяют отношение этих величин и по этому отношению находят искомую величину. 4 ил. f (Л о эо У1 ю

02 в.граВ

/

П If 1$ 16

, град

О

0.25 а/Ъ

0.5 па/Ь ФигЛ

0.75

Ш

Редактор С.Пекарь

Составитель С.Голубев

Техред В.. Кадар Корректор В.Бутяга

Заказ 2501/35 Тираж 776Подписное

ВШШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект„ад, i