Способ измерения показателя преломления оптического стекла Советский патент 1989 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим измерениям показателя преломления стекла, и может быть использовано в оптико-механической промьшлен- ности, а также при физических исследованиях оптически прозрачных материалов. I

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее способ; на фиг.2 - оптическая схема измерений.

Устройство содержит фотоэлектри- ческтш автоколлиматор 1, поворотную платформу 2 с преобразователем 3 угла и предметным столом 4, на котором

нанесена метка 5 и установлена призма 6. На неподвижном корпусе 7 установлено зеркало 8 под углом к параллельному cBeTOBOhty потоку, выходящему из автоколлиматора 1. На первый вход блока 9 обработки информации поступают сигналы с выхода преобразователя 3 угла, на второй вход блока 9 обработки поступают сигналы с выхода фотоэлектрического автоколлиматора I, на третий вход блока 9 поступают сигналы с выхода формирователя 10 начала считывания информации с преобразователя 3 угла.

Способ осуществляют следующим образом.

СЛ

О) 4 315I1

Призму 6 устанавливают на предва-, рительно отгоризонтированном предметном столе 4 так, чтобы ось вращения поворотной, платформы 2 лежала на бис- сектрисе преломляюптего угласт призмы, которая заранее может быть обозначена на ее основании. Совмещение нормали к первой рабочей грани призмы 6 с меткой 5, определяющей начало измере- ния углов преобразователем 3 (например, кольцевым лазером), осуществлят ют поворотом призмь 6 на предметном столе 4 вокруг оси вращения поворотной платформы 2, Поворот призмь 6 выполняют до совмещения наблюдаемых визуально метки 5 (выполненной контрастным цветом по отношению к поверхности предметного стола 4) и ее изображения в отраженном рабочей гранью призмы 6 световом потоке.

По сле установки призмы 6 включают источник линейчатого спектра, установленный в фотоэлектрическом автоколлиматоре 1. Световой поток источ- ника ,линейчатого спектра проходит через щелевую диафрагму, выходит параллельным потоком из автоколлиматора 1 и проходит через призму 6, которая разлагает световой поток в спектр На неподвижном корпусе 7 устанавливают зеркало 8 на пути светового потока, выходящего через вторую рабочую грань призмы 6. Для удобства установки зеркала 8 на неподвижном корпусе

7может быть нанесена шкала углового положения у зеркала 8 относительно направления светового потока автоколлиматора 1. Шкала может быть выполнена с ценой деления, равной 0,5-1. Для обеспечения автоколлимации с учетом закона Снеллиуса и известных параметров призмы получаем диапазон возможных углов установки зеркала

8в виде

-г- об - arcsin -cosoi

+ sinciAJn - arccosn

X ,(1)

.

где oi - преломляк 5ий угол призьы;

п и соответственно красная и синяя границы измеряемого диапазона показателей преломления. Наблкщая падающий и отражент.1й от зеркала 8 световой поток, наклоном и разворотом зеркала 8 совмещают нормаль к его поверхности с плоскостью

главного сечения призмы 6 и отражен-; кое от зеркала 8 излучение с падающим, что обеспечивает автоколлимационный ход лучей. После установки зеркала В вк.пючают вращение поворотной платформь: 2. При повороте платформы 2 с преобразователем 3 и призмой б на выходе автоколлиматора 1 регистрируют дважды электрические импульсы, сформированные для каждой длины волны регистрируемого спектра в моменты времени, когда осуществляется автоколлимационный .ход лучей. По числу импульсов определяют два угла t| , и Ц -падения излучения, соответствующие двум последовательным авто коллимациям луча, отраженного зеркалом 8 . Так же регистрируют импульсы при автоколлимации от рабочих граней призмы 6 и определяют угол oi при вершине призмы. Для удобства реализации способа начало считывания информации с преобразователя 3 совмещают, например, с моментом времени, когда осуществляется автоколлимация первой рабочей грани призмы 6. Информацию с преобразователя 3, поступающую в бло 9 обработки информации, подсчитывают за временные интервалы, определяемые импульсами, поступающими с автоколлиматора 1.

На основании закона Снеллиуса для автоколлимации луча, отраженного от зеркала 8, формула для определения . показателя преломления п- призмы на длине волны f(, бз дет иметь вид

п . Sisii.(2)

. 81п(Л- arcain

где С|. - угол падения светового потока на рабочую грань призмы 6 для длины волны Д . в результате тригонометрических преобразований выражение (2) может быть приведено к квадратному уравнению относительно t.., из анализа корней которого получаем соотношение для углов Cf )9( ЗДАНИЯ I соответствующих двум последователышм авто- .коллимациям луча:

. 1 (3) Подставляя соотношение (3) в соотношение (2), получим фор1 1улу для вычисления показателя преломления п в виде

n.

sin (;.„ +

L5is JLi 2 2ifisi jaJ™

(4)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения показателя преломления оптического стекла. Цель изобретения - повышение точности измерений. Через образец стекла, выполненный в виде призмы, пропускают параллельный поток излучения от источника линейчатого спектра, устанавливают зеркало на пути светового потока, выходящего через вторую рабочую грань призмы, совмещают падающее на него и отраженное излучение поворотом призмы, измеряют углы падения на первую рабочую грань призмы, при которых происходит автоколлимация от заркала, а также преломляющий угол призмы, по которым вычисляют показатель преломления стекла. Моменты автоколлимации регистрируют фотоэлектрическими средствами. Призму первоначально устанавливают такм образом, чтобы моменты автоколлимации от ее первой грани и начало отсчета преобразователя угла совпадали. 2 ил.

После определения величин углов Ы, Ц и Ip-j-Ti показатель преломления стекла для длины волны рассчитывают по формуле (А),

Повышение точности в способе до- стирается благодаря тому, что он позволяет использовать призмы с большим преломлякнцим углом по сравнению с известным способом автоколлимации.

Дпя контроля достоверности резуль- татов измерения для каждой длины волны может быть вычислена сумма.углов падения и, например, их среднее значение.. Наибольшему отклонению для какой-либо длины волны от среднего зна- чения будет соответствовать наибольшая погрешность измерения.

Для контроля достоверности измерений может использоваться так же сравнение сумм измеренньк углов падения с величиной суммы углов для какой- либо одной длины волны, например, имеющей наибольшую интенсивность, поскольку при ее регистрации соотношение сигнал/шум имеет наибольшее зна- чение. При этом может быть установлен допуск на величину отклонения измеренных сумм от выбранной или заданной величины. Выход измеренных значений за установленный допуск может квалифицироваться как сбой в работе устройства.

Дпя дальнейшего повышения точности измерений способ может быть реализован и в динамическом релсиме путем вращения платформы на углы, кратные Zl.

Отсчет .количества углов поворота, платформы 2 на углы, кратные 27, осуществляют с помощью формирователя 10 начала считывания информации с преобразователя 3.

По результатам счета информации в блоке 9 обработки вычисляются средние значения углов tf, i; (f падения для каждой длины волны и преломляющий угол об призмы. После набора необходимого объема информации вычисляsin

ч-,1s

где gO - преломляющий угол призмьг.

ют значения показателей преломления для каждой длины волны по формуле (4).

Использование источника линейчатого спектра позволяет одновременно при повороте призмы на угол 2 выполнить измерение показателя преломления на всех длинах волн, которые дает химический элемент-наполнитель лампы в регистрируемом диапазоне спектра. Это обеспечивает широкий спектральный диапазон измерения показателя преломления. Способ позволяет повысить точность измерения в два раза.

Формула изобретения

Способ измерения показателя пре- ломления оптического стекла, вклю- чающий направление на образец, выполненный в виде призмы, коллимированно го светового потока с линейчатым спектром и фотоэлектрическую регистрацию прошедшего призму светового потока, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, перед фотоэлектрической регистрацией прошедший через призму световой поток направляют в обратном направлении зеркалом, нормаль к плоскости которого совмещена с плоскостью главного сечения призм 1, поворачивают призму относительно оси, проходящей перпендикулярно плоскости главного сечения призмы через биссектрису ее преломляющего угла, и по результатам фотоэлектрической регистрации фиксируют две последовательные автоколлимации луча, отраженного зер- клом, и измеряют соответствующие им углы падения Cf , и светового потока на рабочую грань призмы для каждой длины волны Л линейчатого спектра, а затем определяют показатель преломления п оптического стекла по формуле

( + coscdsintfij - +sin r

Фиг. 1