Способ измерения показателя преломления жидких сред Советский патент 1989 года по МПК G01N21/43 

1.

(21)4340540/31-25

(22)25.09.87

(46) 23.09,89. Бкш. № 35

(71)Винницкий политехнический институт

(72)В.Т. Маликов, Ю.А. Скидан, И.И. Билинский, В,У.- Строжук

и В.П. Билинская (53) 535-.024(088.В)

(56) Бусурин В.И, и др. Оптоэлектрон- ные преобразователи на основе управляемых световодных структур. М.: Радио и связь. Массовая библиотека инженера Электроника, вып. 43, 1985, с. 68.

Патент США № 4399099, кл. G 01 N 21/43, 1983.

2

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения концентрации и показателя преломпения веществ, растворенных в жидкостях. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности измерения. Опти ческое излучение с изменяющейся длиной волны пропускают через световод на подложке, погруженный в иссследуе- мую среду,и измеряют интенсивность нулевой мода выходного сигнала. В момент равенства величины этой интенсивности нулю фиксируют длину волны источника излучения, по которой судят о показателе преломления исследуемой среды. 1 ил.

i

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения концентрации и показателя преломления веществ, растворенных в жидкостях. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности измерения. Оптическое излучение с изменяющейся длиной волны пропускают через световод на подложке, погруженный в исследуемую среду, и измеряют интенсивность нулево моды выхлдного сигнала. В момент равенства величины этой интенсивности нулю фиксируют длину волны источника излучения, по которой судят о показателе преломления исследуемой среды. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения концентрации, показателя преломления веществ, растворенных в жидкости.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности измерения.

На чертеже приведена схема устройства, реализукядего способ .

Устройство содержит перестраиваемый лазер 1, оптически связанный посредством устройства 2 ввода с выходом све.товода 3 на подложке 4, контактирующего с контролируемой средой 5, выход которого посредством устройства 6 вывода связан с последовательно соединенным фотоприемником 7,

пороговым устройством 8, входами установки аналого-цифрового преобразователя 9 и схемой 10 выборки хранения, вход которой соединен с выходом генератора 11 пилообразного напряжения, выход - с последовательно соединенным аналого-цифровым преобразователем 9 и функциональным преобразователем 12.

Способ осуществляется следующим

образом.

Перестраиваемый лазер I вырабатывает оптическое излучение с изменяющейся длиной волны, которое посредством устройства 2 ввода поступает на вход световода 3 на подложке 4, контактирующего с исследуемой средой 5.

СП

Оптическое излучение, длина волны которого изменяется, поступает на устройство 6 вывода и детектируется фотоприемником 7. На выходе порогового устройства 8 устанавливается значение логической единицы, В результате увеличения длины волны при некотором ее значении,которое определяется как критическая дпина волны отсечки нулевой моды, нулевая мода становится излучательной. Происходит резкое падение интенсивности выходного сигнала до нуля, На выходе порогового устройства 8 устанавливается значение логического нуля.

По известному значению критической длины волны отсечки нулевой моды вычисляют показатель преломления исследуемой среды 5

(ПсвХ

ч.. 4 2d ir 5 „-Zvti )tg -() ,

(1)

где Д - критическая длина волны пере-

страиваемого лазера; - показатель преломления световода;

п - показатель преломления подложки;. d - толщина световодного слоя, В качестве первичного измерительного преобразователя используется плоский световод на подложке, контактирующий с исследуемой средой.

Такая конструкция представляет со- бой трехслойный асимметричный световод. Для него справедливо выражение

tg(dh)

ьГнРвЛь :)

гдеЬ(п в1с:- У

e-(- -n%kiy ;

Р((ХТ (;

jb - постоянная распространения световода.

Соотношение (I) для определения показателя преломления исследуемой среды выводится с учетом граничных условий

. при котором волноводная нулевая мод

превращается в излучательную, а дли волны оптического излучения становится критической длиной волны отсечки ,

с 5

0

5

Q

0

5

0

5

Устройство работает следующим образом.

Световод 3 на подложке 4, контактирующий с исследуемой средой 5 посредством устройства 2 ввода, возбуждается перестраиваемым лазером 1, С выхода световода 3 посредством устройства 6 вывода оптическое излучение регистрируется фотоприемником 7. При этом на выходе порогового устройства 8 устанавливается ана.чого-цифро- вой преобразователь 9, а схема 10 выборки хранения находится в режиме выборки. Напряжение на выходе генератора II пилообразного напряжения понижается, что приводит к изменению длины волны оптического излучения, При достижении критической длины вол- нь: отсечки, которая определяется показателем преломления исследуемой среды 5, интенсивность выходного сигнала равна нулю.

На выходе порогового устройства 8 устанавливается значение логического нуля, схема 10 выборки хранения переходит в режим хранения. На выходе аналого-цифрового преобразователя 9 выдается код, соответствующий выходному напряжению, т,е, напряжению подаваемого на вход перестраиваемого лазера 1, а следовательно, код, соответствующий критической длине волны отсечки нулевой моды, С выхода аналого-цифрового преобразователя 9 цифровой код поступает на вход функционального преобразователя 12,на выходе которого выдается код, соответствующий показателю преломления ис- следуемой среды 5,

Предложенный способ обладает следующими преимуществами по сравнению с известным: повышена разрешающая способность и точность измерений, которая не снижается в условиях действия дестабилизирующих факторов, так как в качестве информативного параметра используется более помехоза- щищенный параметр - частота оптического излучения. Разрешающая способность способа составляет lO -IO ,

Устройство обладает более высокой точностью благодаря высокой разрешающей способности перестраиваемого лазера, при этом чувствительность не зависит от длинь чувствительного участка световода, значительно уменьшен расход исследуемого вещества, так

как световод имеет меры.

миниатюрные разФормула

изобретения

10

Способ измерения показателя преломления жидких сред, включающий формирование оптического излучения, пропускание его через плоский световод на подложке, погруженный в исследуемую среду, регистрацию параметров прошедшего через световод оптического излучения, по которым судят о показателе преломления исследуемой среды, 15 отличающийся тем, что, с целью повьппения разрешающей способности и точности измерения, формируют

rvx

оптическое излучение с изменяющейся дпиной волны и при регистрации параметров прошедшего через световод оптического излучения измеряют интенсивность нулевой моды прошедшего излучения, в момент равенства интенсивности нулевой моды нулю дополнительно фиксируют длину волны А источника излучения, а показатель преломления среды Пел определяют по формуле

По , 2 1. 2d 5 , ц, 2ч Пер -Jnn-(nc5-4)t8 )

4(2

п

се

п

све-показатель преломления товода;

-показатель преломления подложки световода;

d - толщина световода.