Рефрактометрическое устройство Советский патент 1991 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к технической физике, в частности к оптическому приборостроению, и может быть использовано при изучении оптически прозрачных неоднородностей в гидродинамике.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем снижения динамической составляющей температурной погрешности.

На фиг.1 приведена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - ход лучей в оптической схеме.

Рефрактометрическое устройство содержит последовательно расположенные источник 1 света, объектив 2,

световод, выполненный в виде плоско- выпуклой линзы 3, и фотоприемник 4 Фокальная плоскость линзы совпадает с ее плоской поверхностью 5, на которой расположен участок 6, сопряженный с объективом 2 со светящейся поверхностью источника 1 света. На расстоянии 1 от оптической оси линзы 00 на части плоской поверхности 5, симметричной участку 6, размещен непрозрачный нож 7. На части плоской поверхности 5 в месте ее пересечения с оптической осью 00 нанесено зеркальное покрытие 8. Часть боковой поверхности линзы выполнена в виде плоскости 9, ориентированной параллельно плоскости, проходящей через ось 00 и t

35 Си 00

оэ

ОЭ

центр источника 1 света. К плоскости

9прикреплены две оптические призмы

10и И, на поверхности которых, обращенных одна к другой, нанесены зер- кальные покрытия 12 и 13. Линии пе- ресечения поверхностей, образующих боковые грани призм, и плоскости 9 наклонены к направлению, параллельному оптической оси 00, на угол

90° г- ± f фокусное рас

стояние линзы-3, Между плоскостью 9 и выпуклой поверхностью JV4 линзы, между плоскостью 9 и плоскостью 5, а также между плоскостью 5 и участком боковой поверхности линзы 3, противолежащим плоскому участку боковой поверхности, образованы соответственно участки плоской поверхности 15, 16 и 17, на которыеs как и на выпуклую поверхность линзы .14, нанесено отражающее покрытие.

Устройство работает следующим образом,

Изображение источника 1 света () формируется объективом 2 на участке 6 плоской поверхности 5 плосковыпуклой линзы 3 От участка 6, находящегося в фокальной плоскости лип- зы 3, расходящийся пучок света падает на выпуклую поверхность 14 линзы и, отразившись от нее в виде коллими- кованного пучка, падает на плоскую зеркальную поверхность 16 Отразив- шись от поверхности 16, пучок падает на участок плоскости 9, ограничивающий анализируемый объем среды AOj Преломившись пучок проходит по среде и падает на боковую-грань призмы 10, ограничивающую А0( ,и, преломившись на ней, входит в тело призмы и падает на вторую боковую грань мы покрытую зеркальным слоем 12, под углом9 близким к 90°. Отразив- -шись, пучок вновь пересекает боковую грань призмы 10, проходит вторично через анализируемый объем A0t, пересекает плоскость 9 и далее в обратном направлении проходит по пути, близ- кому к тому, который он прошел в прямом направлении Отразившись вторично от зеркальной поверхности 14, па- раксимальный пучок превращается в сходящийся и образует на зеркальном покрытии 8 поверхности 5 вблизи точ ки ее пересечения с оптической осьц 00 вторичное изображение источника света.

После отражения от зеркального покрытия 8 пучок становится расхо дящимся и вновь падает на зеркальную поверхность 14, а затем в виде коллимированного пучка последовательно падает на зеркальные поверхности 17 и 15 и участок плоскости 9, ограничивающий анализируемый объем АО Преломившись на плоскости 9, пучок проходит через среду в объеме А02, падает на боковую грань второй призмы 11, ограничивающую объем АО,,,, и, преломившись, падает на зеркальное покрытие 13. этой призмы под углом, близким 90° Отразившись, кол- лимираванный пучок проходит в обратном направлении через боковую грань призмы Я, объем АО, участок поверхности 9, падает последовательно на зеркальные поверхности 15, 17 и .14 После отражения от поверхности 14 коллимированный пучок, превратившись в сходящийся, образует окончательное изображение источника 1 света в плоскости 5 на рабочей грани ножа.7 Часть пучка, прошедшая мимо ножа 7, падает на фотоприемник 4, где и преобразуется в электрический сигнал

Образование промежуточного и окончательного изображений на поверхности 5 соответственно вблизи ее пересечения с оптической осью 00 и на участке с расположенным на нем ножом 7, симметричном изображению, образованному на участке 6, осуществляется посредством прикрепления призм таким образом, что линии пересечения плоскостей их боковых граней с плоскостью 9 образуют угол (о с направлением параллельным оптической оси 00 Такое расположение последовательно образуемых изображений источника света не только конструктивно целесообразно для их разделения, но и учитывает необходимость минимизации аберраций в окончательном изображении при идентичной форме границ анализируемых объемов АО и А0Ј.

При изменении показателя преломления среды в АО, или А02 пучок, прошедший через них, приобретает дополнительное отклонение. Такое изменени направления пучка после прохождения AOj в прямом и обратном направлении вызывает смещение промежуточного изображения на зеркальном покрытии 8 и изменение наклона пучка при его

516

падении на границу А0г, что приводит при сохранении показателя преломления среды в АО 2 на прежнем уровне к смещению окончательного изображения на кромке ножа 7 и появлению приращения напряжения на фотоприемнике 4 В случае, когда изменение показателя преломления происходит в равной мере в А04 и AOg, то дополнительные отклонения пучка в АО4 и AOg практически равны по величине, алгебраически складываются и положение окончательного изображения источника света на ноже 7 и соответственно величины напряжения на фотоприемнике 4 не меняются. Таким образом, величину электрического сигнала определяет разница значений показателя преломления в АО, и А02 -

Устройство служит для дифференциальных рефрактометрических измерений в динамическом режиме при сканировании поля показателя преломления исследуемой среды путем перемещения устройства в естественной среде, либо при набегающем потоке среды относительно неподвижного устройства Для измерения устройство погружают в исследуемую среду, ориентируя анапи- зируемые объемы в сторону набегающего движения потока Оба объема заполняются средой соответственно месту погружения, а затем происходит ее смена Вследствие идентичного расположения относительно набегающего потока обращенных к исследуемой, среде анализируемых объемов АО и АО обеспечивается равенство условий их свободного заполнения исследуемой средой при движении,:т.е поток не встречает на пути к анализируемом объемам никаких конструктивных элементов, с которыми возможен теплообмен, и элементы среды сохраняют в момент измерения свою естественную температуру в отличие от устройства-прототипа При заполнении его компенсационной камеры элементы среды соприкасались бы со стенками средства ее транспортировки в камеру Формула изобретения

Рефрактометрическое устройство, содержащее источник света и располо

5

6

Q 5 0

0 5 0

5

0

136

женные по ходу луча световод и фотоприемник, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения динамической составляющей температурной погрешности, световод выполнен в виде плосковыпуклой линзы,.фокальная плоскость которой совпадает с ее плоской поверхностью, между источником света и плоской поверхностью ликзы размещен объектив, при этом светящаяся поверхность источника света оптически сопряжена с участком плоской поверхности линзы, смещенным на расстоянии 1 от оптической оси линзы, на части плоской поверхности tлинзы, симметричной относительно оптической оси линзы этому участку, размещен непрозрачный нож, а на части плоской поверхности линзы в области пересечения ее с оптической осью нанесено зеркальное покрытие, часть боковой поверхности линзы выполнена плоской и ориентирована параллельно плоскости, проходящей через оптическую Ось и центр источника света, к плоской части боковой поверхности линзы прикреплены две оптические призмы, на поверхностях которых, об- ращенных одна к другой, нанесены зеркальные покрытия, причем линии пересечения плоскостей, образующих боковые храни призм, с боковой плоской поверхностью линзы параллельны одна другой, а угол между ними и оптической осью линзы равен + 1, /

где f - фокусное расстояние линзы, при этом между плоским участком боковой поверхности и выпуклой поверхностью линзы,между плоским участком боковой поверхности линзы и ее фокальной плоскостью, а также между фокальной плоскостью линзы и участком ее боковой поверхности, противолежащим плоскому участку, к которому прикреплены призмы, сформированы участки плоской поверхности, наклоненные под острым углом к оптической оси линзы, на которые, как и на вьг пуклую поверхность линзы, нанесены зеркальные покрытия

1638613 //

/J

AOt 9

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изучении оптически прозрачных неоднородностей в гидродинамике. Цель изобретения - сниже- ние динамической составляющей темпе ратурной погрешности. Устройство со- стоит из источника света , объектива, световода, непрозрачного ножа и фо- топриемника, причем световод выполнен в виде плоско выпуклой линзы, модифицированной таким образом, что на ее боковой поверхности образованы два анализируемых объема, свободно заполняемых участками исследуемой среды и последовательно зондируемых колликированным пучком света, образованным в процессе прохождения света в теле линзы. При этом отклонение светового пучка в одном объеме вычитается из отклонения пучка в другом объеме и результирующее отклонение создает смещение изображения источника света относительно кромки ножа, что и регистрируется фотоприемником по изменению светового потока, прошедшего мимо ножа. 2 ил. о S (Л

Фиг.1