Рефрактометр Советский патент 1991 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к технической физике, а именно к рефрактометрическим приборам для анализа жидкостей и может быть использовано для непосредственного и дистанционного измерений показателя преломления в океанологии при исследовании параметров состояния морской воды в условиях Мирового океана в текнике для дистанционного контроля и управления режимом работы технологических установок, функционирующих в сложных условиях воздействия окружающей среды, например при высоких температурах, сильных электромагнитных полях, вибрации, взрывоопасных помещениях и т д , в метрологии при разработке образцовых средств измерений, а также в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности

Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта

На фиг 1 показана принципиальная схема рефрактометра, на фиг 2 - график зависимости коэффициента пропускания изгиба световода от показателя преломления исследуемой среды; на фиг 3 - типичный график спектрального коэффициента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра

ON 00

-U С

ю ю

Рефрактометр содержит генератор 1 импульсов, имеющий два выхода, один из которых соединен с первым источником 2 света, а другой - с вторым источником 3 свега, светоделители 4 и 5. например полупрозрачные зеркала, гибкий волоконный световод 6 (одномодовый или многомодо- вый). оптическое интерференционное покрытие 7 типа отсекающего фильтра, например многослойное диэлектрическое покрытие, чувствительный элемент 8, выполненный, например, в виде крутого изгиба отрезка световода, зеркальное светоотражающее покрытие 9 с защитной оболочкой, например, из стекла, фотоприемники 10 и 11 и блок 12 обработки информации, .например, микропроцессор или микроЭВМ.

Рефрактометр работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов подает импульсы электрического тока попеременно на первый источник 2 света и второй источник 3 света, при этом они испускают свет строго поочередно в направлении входного торца световода 6. Луч света от источника 2 света проходит светоделитель 4. После светоделителя 4 часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации а оставшаяся часть света проходит через светоделитель 5, распространяется по волоконному световоду 6, проходит через интерференционное покрытие 7 и распространяется вдоль чувствительного элемента 8, при этом часть света проникает в исследуемую среду, преломляясь на границе раздела чувствительный элемент - исследуемая среда, а оставшаяся часть света отражается зеркальным покрытием 9, распространяется в обратном напраалении и после светоделителя 5 поступает на фотоприемник 10, сигнал с выхода которого подается в блок 12 обработки информации, в котором вычисляется отношение сигналов фотоприемников 10 и 11 Mi Ui /Ui.

Аналогично луч света от источника 3 проходит через светоделитель 4, при этом часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации, а оставшаяся часть света проходит через светоделитель 5, распространяется по волоконному световоду 6, отражается интерференционным покрытием 7. распространяется в обратном направлении и после светоделителя 5 поступает на фотоприемник 10. сигнал с выхода которого подается в блок 12 обработки информации, в котором вычисляется отношение

сигналов фотоприемников 10 и 11 Мг

U2VU2.

В результате после подачи от генератора 1 импульсов на один и другой источники

света в блоке 12 обработки информации вычисляется величина Mi/M2. зависящая только от показателя преломления исследуемой среды и не зависящая от мощности источников света, характеристик фотоприемников и гибкого волоконного световода. Работа рефрактометра основана на зависимости от коэффициента пропускания крутого изгиба световода от показателя преломления исследуемой среды. Типичный

график этой зависимости представлен на фиг 2. Диапазон щ-П2 измерений чувствительности рефрактометра зависит от соотношения между показателями преломления исследуемой среды и чувствительного элемента и радиуса изгиба последнего. На фиг. 3 представлен график спектрального коэффициента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра. Рабочие длины волн Ач иА2 первого 2 и второго 3 источников света выбираются соответственно в областях наибольшего и наименьшего пропускания интрферен- ционного покрытия 7 (фиг. 3).

Сигналы фотоприемников 10 и 11 от

первого источника света, излучающего на длине волны AI , вычисляются по формулам:

U i SiOiyii r(Ai , n );(1)

U4 SH Ф1 yi2.(2)

гДв Si, Sn - чувствительность по напряжению фотоприемников 10 и 11:

yit - пропускание оптического тракта (исключая световод) на пути от источника 2 света до фотоприемника 10; У12 - пропускание оптического тракта

на пути от источника 2 света до фотоприемника 11:

Х пропускание световода, r(Ai , n ) - пропускание чувствитель- него элемента на длине волны AI ;

Ф| - поток, излучаемый источником 2 света.

Сигналы фотоприемников 10 и 11, принимающих потоки от источника 3 света, из- лучающего на длине волны Кг , вычисляются соответственно по формулам:

и2 5|Ф2У21Я(3)

иУ Sn Фг У22.(4)

где 21 - пропускание оптического тракта (исключая световод) на пути от источника 3 света до фотоприемника 10;

пропускание оптического тракта HЈi пути от источника 3 света до фотоприемника 11:

Ф2 - поток, излучаемый источником 3 света на длине волны Яг .

С помощью выражений нетрудно убедиться, что в отношении сигналов

Mi

М2

U 11 U2

м

-Ј;(л,.п) .б,

u,iV

исключено влияние флуктуации мощности источников света, нестабильности характеристик фотоприемников и коэффициен- та пропускания гибкого волоконного световода.

Чувствительный элемент может быть выполнен в виде схемного элемента нарушенного полного внутреннего отражения, из- готовленного из оптического материала с показателем преломления, близким к показателю преломления исследуемой среды,

Формулаизобретения

Рефрактометр, содержащий источник света с длиной волны излучения AL оптически связанный с входом гибкого волоконного световода, чувствительный элемент в виде изогнутого участка свето-

вода и два фотоприемника, вход одного из которых оптически связан с источником света через световод, и блок обработки инфор- мации, соединенный с выходами фотоприемников, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта, в него введены второй источник света с длиной волны излучения fa и генератор импульсов, соединенный с обоими источниками света и блоком обработки информации, а вход второго фотоприемника оптически связан непосредственно с источником света, при этом входной торец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световода через интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, пропускающего излучение с длиной волны AI и отражающего излучения с длиной волны Xi , а выходной торец чувствительного элемента снабжен светоотражающим покрытием.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в океанологии, биологии, химической Фармацевтической промышлен нос / л и - ц для непосредственного и дистанционного рений показателя преломления сред Цель изобретения - повышение точности измерений Рефрактометр содержит два источника света, чувствительный элемент, выполненный в виде изогнутого участка световода помещенного в исследуемую среду, два Фотоприемника, один из которых оптически сопряжен непосредственно с двумя источниками света, а другой - через световод, блок обработки информации подключенный к выходам обоих фотоприемников, и генератор импул соч подсоединенный к источникам oeeTd и блоку обработки информации Входной горец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световода череч интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, а выходной торец чувствительного элемента снабжен зеркальным светоотражающим покрытием с защитной оболочкой 3 ил сл

Щиг.1

J&

Г/М

w

/7,/7/ 1

Фиг. I

Г

W

t

Фиг.З

t л