Способ измерения показателя преломления материала полого прозрачного цилиндра Советский патент 1990 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к оптическим измерениям, в частности к измере киям показателя преломления материалов ,

Цель изобретения - упрощение способа, повышение точности и расширение диапазона измерений.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют диаметр d прозрачного цилиндра с торца микроскопом при параллельном расположении осей цилиндра и окуляра микроскопа. Этот диаметр может быть измерен и непосредственно либо нутромером, либо штангенциркулем, однако проще измерения проводить с использованием только микроскопа. Затем измеряют тот же диаметр, но сквозь стенку цилиндра, т.е. при взаимно перпендикулярном расположении оси объектива

микроскопа и плоскости продольного сечения цилиндра. При этом получают искаженное значение диаметра d,.

Для луча, определяющего положение конца видимого внутреннего раДйуса rg(rj |) имеем систему

уравнений

sine( пс

;1п; и; /

Pg-R sin/3,(2)

где сУ и /i - угол преломления указанного луча цилиндром и

угол падения луча соответственно;

показатели преломления полого цилиндра и окружающей его среды соответственно;наружньй радиус цилиндра.

п ,. и п

ср

R У1

эо

ел

00

rfl

Учитывая, что sino - и stn --, чета n использовать средние значения

d и d

получим

de

М cpj-(3)

Выражение (3)используют для опре- . деления показателя преломления материала цилиндра.

Для измерения d пригодны любые микроскопы, снабженные устройствами ; для измерения линейных размеров (на- I. пример, наиболее распространенные; I- биологические микроскопы), Измеряемое расстояние наблюдают в ; окуляр, на фоне вмонтированной в оку- . ,ляр шкалы. Определяют число делений : шкалы, укладьгоающихсй между крайними точками измеряемого расстояния (в частности, диаметра), затем умножают это число делений на цену одного деления, указанную в инструкции по эксплуатации микроскопа.

Точность определения п зависит главным образом от двух факторов. Первый - точность измерения d, dg и

п.,„ , Она зависит от использованных . ср

средств измерения, потому в принципе может быть очень высокой и будет по- ; вышаться по мере повьппения точности средств измерения. Второй - неточ- : ность геометрической формы цилиндрического элемента изделия, используемого для определения п. СвязаннЕШ

10

Используя тот факт, что погрешность от несовершенства формы резко уменьшается не только с уменьшением разностешюсти, но и с уменьшением /Зп поступают так. Сначала определяют в любой среде (на воздухе, в воде и т,д.), затем погружают изделие в жидкость с п

15

0) равным наиденному п (или с ПСР по возможности более близ- КИМ к найденному Dj и повторяют процесс определения п. Затем измерение dg производят в условиях малого jn и, следовательно, практически уже без погрешности от несовершенства геометрии,

В конкретном примере практическо2Q го осуществления способа определяли Пдд сапфирового кольца, изготовленного с высокой точностью. Наружный диаметр кольца - 15 .мм. Внутренний диаметр кольца, измеренный с помощью микроскопа УИМ-21 с торца, оказался равным d 5,0015 мм. Тот же диаметр, измеренный при погружении кольца в воду (п tp Ii33) сквозь стенку кольца, когда ось кольца и оптическая

,Q ось объектива взаимно перпендикулярны оказался равным dg 6,6812,

EJ Ii533j 6 68 2

25

Пм п

fd

5,0015

1,7806,

с этим погрешность может быть ощути- 35 где 1,78 -.показатель преломления ма только при большой размостенностисапфира,

цилиндра (например 20 и более процентов) и большом.дп . Прр (наприУпрощение процесса измерений в мер, на воздухе), предлагаемом способе достигается исПри незначительной неточности гео- 40 пользованием более простого и рас- метричной формы (например, когда ци- пространенного оборудования и более линдричеокая деталь получена токарной простых операций. Погружение цилинд- обработкой с одной позиции) погрет- ра в жидкость позволяет повысить точность .пренебрежимо мала, . ность измерений и расширить диапазон

Если же есть опасения, что из-за 45 измерений, неточности геометрии ошибка может быть

ощутима, то ее следует исключить еле- Формула изобретения дующими приемами,

Способ измерения показателя пре- 5Q ломления материала полого прозрачного цилиндра, включающий освещение полого цилиндра и направление выходящих из него лучей на приемник излучения, отличающийся тем, чительной разностенностью, то измере- что, с целью упрощения способа, повы- ние следует произвести в одном и том шения точности и расширения диапазона же поперечном сечении, но в несколь- измерений, выходящие из полого ци- ких осевых сечениях (например, в двух. линдра лучи направляют на объектив взаимно перпендикулярных) и для рас- микроскопа, измеряют величину внутНапример, отобрать для измерения d и dg участок трубки с правильной

геометрией.

Если измерение d и d приходится производить на участке трубки со значета n использовать средние значения

d и d

0

0

Используя тот факт, что погрешность от несовершенства формы резко уменьшается не только с уменьшением разностешюсти, но и с уменьшением /Зп поступают так. Сначала определяют в любой среде (на воздухе, в воде и т,д.), затем погружают изделие в жидкость с п

5

0) равным наиденному п (или с ПСР по возможности более близ- КИМ к найденному Dj и повторяют процесс определения п. Затем измерение dg производят в условиях малого jn и, следовательно, практически уже без погрешности от несовершенства геометрии,

В конкретном примере практическоQ го осуществления способа определяли Пдд сапфирового кольца, изготовленного с высокой точностью. Наружный диаметр кольца - 15 .мм. Внутренний диаметр кольца, измеренный с помощью микроскопа УИМ-21 с торца, оказался равным d 5,0015 мм. Тот же диаметр, измеренный при погружении кольца в воду (п tp Ii33) сквозь стенку кольца, когда ось кольца и оптическая

Q ось объектива взаимно перпендикулярны, оказался равным dg 6,6812,

EJ Ii533j 6 68 2

5

Пм п

fd

5,0015

1,7806,

5 1589153 реннего диаметра цилиндра d приd| взаимно перпендикулярном расположе- м ср j НИИ оси объектива микроскопа и плоскости продольного сечения цилиндрагде п - показатель преломления и определяют величину показателя пре-среды, окружающей цилиндр; ломления п„ материала прозрачного истинный внутренний диа- полого цилиндра по формулеметр цилиндра.

Изобретение относится к области оптических измерений, в частности к измерениям показателя преломления материала полого прозрачного цилиндра. Целью изобретения является упрощение способа, повышения точности и расширение диапазона измерений. Полый цилиндр помещают в среду с известным показателем преломления N ср, измеряют с помощью микроскопа внутренний диаметр D цилиндра, а затем величину D в того же диаметра, но сквозь прозрачную стенку цилиндра при взаимно пперпендикулярном расположении оси объектива и плоскости осевого сечения цилиндра. Показатель преломления материала расчитывают по формуле N M=N сpD в/D. 2 ил.