Волоконно-оптический рефрактометр жидкостей и газов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/43 

1/

С

Использование: измерение показателя преломления жидкостей и газов, как однородных по объему, так и стратификационных. Сущность изобретения: рефрактометр снабжен непрозрачными диафрагмами, разделяющими изогнутый световод без оболочки на отдельные секции, системой регистрации излучения, включающей в себя фотоприемник на конце световода с минимальным радиусом кривизны и фотоприемники, помещенные в каждой секции, при этом световод выполнен в виде плоской спирали и уложен в канавку корпуса. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения показателя преломления жидкостей и газов как однородных по объему, так и стратификационных, и может быть использовано для изучения протекания химических реакций, контроля за различными технологическими процессами, определения концентрации в.еществ в растворах и смесях.

Известен рефрактометр, содержащий несколько независимых волоконно-оптических контуров, каждый из которых выполнен в виде дуги окружности и имеет на входе излучатель, а выходы их образуют индикаторную шкалу. Волокно каждого контура уложено и канавку основания, имеющего форму конуса, так что каждый контур отличается своим радиусом кривизны.

Недостатком этого рефрактометра является невозможность исключить погрешности измерений, связанные с изменениями условий ввода излучения в волокно или выходной мощности излучателя в любом из контуров, а разнесение по вертикали измерительных контуров не позволяет исследовать стратификационные объекты.

Наиболее близким к изобретению является рефрактометр, содержащий источник излучения, соединенный с волоконным световодом, намотанным в виде спирали на коническое основание, причем источник излучения соединен с концом световода, находящимся на широком витке спирали. На основании рефрактометра нанесена шкала, проградуированная в значениях показателя преломления или концентрации. В конструкции прибора нет фотоприемника. Показания определяются по делению шкалы, около которой наблюдается интенсивное излучение через боковую поверхность волокна. Этот рефрактометр не позволяет исследовать стратификационные среды, не

VJ

ho

СА) СЛ О Ю

позволяет исключить погрешности измерений, связанные с изменением выходной мощности источника или условий ввода излучения в волокне; имеет ограниченные точность и диапазон измерений, так как при визуальном наблюдении свечения волокна трудно провести сравнение интенсивностей свечения различных участков, особенно при исследовании сильно поглощающих жидкостей, не позволяет исследователь жидкости и газы, находящиеся в замкнутых непрозрачных или труднодоступных (удаленных) емкостях, что значительно снижает практическую ценность этого рефрактометра.

Цель изобретения - повышение точно- сти измерения и расширение диапазона измеряемых значений показателей преломления жидкостей и газов как однородных по объему, так и стратификационных.

Указанная цель достигается тем, что волоконно-оптический рефрактометр, содержащий корпус, изогнутый световод без оболочки, оптически связанный с ним источник света и систему регистрации излучения, снабжен диафрагмами, разделяющими ре- фр; хтометр на секции, а система регистрации излучения, включает фотоприемник на конце световода с минимальным радиусом кривизны и фотоприемники, расположен- ные в каждой секции, при этом световод выполнен в виде плоской спирали и уложен в канавку, выполненную в корпусе.

На чертеже представлена схема рефрактометра.

Рефрактометр содержит непрозрачный корпус 1 с канавкой 2, в которую уложен световод 3 без оболочки, закрепленный с помощью диафрагм 4 с отверстиями, сквозь которые он проходит и которые разделяют канавку на отдельные секции. В каждой секции размещен фотоприемник 5. Один фотоприемник соединен с концом световода, имеющим минимальный радиус кривизны. Противоположный конец световода соеди- нен с излучателем 6.

Увеличение точности измерения достигается применением способа одновременной регистрации интенсивности в секциях и на конце световода и за счет устранения ошибок измерения, связанных с изменениями условий согласования излучателя с волокном и выходной мощности излучателя.

Одновременная регистрация интенсив- ности излучения позволяет более точно фиксировать участок, на котором наблюдается наибольшее высвечивание световой мощности, что с учетом возможности варьирования размеров и количества секций позволяет повысить точность калибровки и измерения.

В процессе измерения было установлено, что изменение значений интенсивностей сигналов, поступающих с фотоприемника на торце волокна, происходит в пределах от некоторого максимального значения Фиакс до некоторого минимального значения Фмин 0 . В то же время изменение показаний, поступающих с фотоприемников, находящихся в секциях,

происходит в диапазоне от Фмин 0 до

Ф|иакс что позволяет провести измерения с большими точностями, так как при одинаковом изменении преломления окружающей среды, изменения показаний фотоприемников в секциях больше изменения показаний оконечного фотоприемника,, особенно для житкостейс преломлением, заметно отличающимся от преломления материала световода.

Исключение ошибки измерений с изменениями выходной мощности излучателя или условий согласования излучателя с волокном достигается размещением вдоль волокна дополнительных фотоприемников, разделенных между собой непрозрачными диафрагмами для предотвращения паразитного сигнала за счет свечения соседних участков волокна,

Пусть произошло изменение выходной мощности излучателя или условий согласования излучателя с волокном без изменения преломления окружающей среды. В этом случае при отсутствии дополнительных фотоприемников оконечный фотоприемник покажет изменение сигнала, которое будет интерпретировано как. изменение преломления исследуемой среды, что будет ошибочно. При наличии дополнительных фотоприемников в секциях они вместе с оконечным фотоприемником покажут изменение сигнала в одинаковое число раз, что связано с изменением в такое же число раз величины, вводимой в волокно мощности. При изменении преломления исследуемой среды без изменения выходной мощности излучателя или условий согласования излучателя с волокном все фотоприемники покажут разное.изменение сигнала, так как фотоприемник в секциях фиксируют различное изменение мощности, высвечивающейся в каждой отдельной секции прибора, так как эта мощность зависит от радиуса кривизны волокна. Причем изменение сигнала оконечного фотоприемника с точностью до ошибок измерения и пренебрежимо малого затухания световой мощности в волокне будет равно сумме изменений сигналов фотоприемников в секциях. Таким образом, из анализа изменения сигналов одновременно регистрируемых всеми фотоприемниками можно сделать вывод о причине, вызвавшей эти изменения.

Формула изобретения Волоконно-оптический рефрактометр жидкостей и газов, содержащий корпус, изогнутый световод без оболочки, оптически связанный с ним источник света и систему регистрации излучения, о т л и ч а ю 0

щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых значений показателя преломления, рефрактометр снабжен диафрагмами, разделяющими световод на секции, а система регистрации излучения включает фотоприемник на конце световода с минимальным радиусом кривизны и фотоприемники, расположенные в каждой секции, при этом световод выполнен в виде плоской спирали и уложен в канавку, выполненную в корпусе.