Оптоволоконный рефрактометр Советский патент 1992 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей при химико-биологических исследованиях, анализах горючего.

Известен рефрактометр, содержащий последовательно соединенные источник излучения, волоконно-оптическую линию передачи информации, измерительный участок, приемник излучения, измерительный участок выполнен в виде поверхностно- нерегулярного, изогнутого волоконного световода.

Недостатками этого рефрактометра являются низкая чувствительность и точность, Т.к. у данного рефрактометра узкий диапазон измерения (п 1,3..,1,4), сложность изготовления петлеобразного чувствительного элемента и значительный объем жидкости, требуемой для анализа, так как чувствительный элемент должен быть полностью погружен в нее.

Наиболее близким к изобретению является рефрактометр, который содержит источник излучения, волоконно-оптический световод, передающий элемент, приемный элемент и приемник излучения.

Приемный и передающий элементы представляют собой поверхностно-микронеоднородные отрезки световоды одинаковой длины, расположенные в горизонтальной плоскости параллельно между собой, направленные навстречу друг другу и смещенные относительно друг на расстоянии b a/tg , где - апертурный угол; а - расстояние между ними.

Рефрактометр работает следующим образом

Капля исследуемой жидкости помещается между передающими и приемным элементом и растекается по всей длине элементов. Свет от источника через волоконно-оптический световод поступает на передающий элемент. Часть света выходит

Х|

ел ел

ю

СА

через торец световода, а остальная часть (вытекающие моды) проходят через исследуемую жидкость, попадает на приемный элемент. При этом количество света, попавшего на приемный элемент зависит от пока- зателя преломления исследуемой жидкости. Свет из приемного элемента через волокон- но оптический светойод попадает в приемник излучения, где и регистрируется мощность светового потока, которая является функцией показателя преломления исследуемой жидкости

Недостатками данного рефрактометра являются низкая чувствительность и точность определения коэффициента преломления, Это объясняется тем, что в данном рефрактометре через анализируемую жидкость проходит не вся часть светового потока, образованного вытекающими через боковую поверхность оголенного передающего эле- мента модами, а только та часть, которая выходит из передающего элемента в местах контакта его с пленкой жидкости. Или, другими словами, в анализе жидкости участвует не более 5-7% светового потока, образован- иого вытекающими через боковую поверхность оголенного передающего элемента модами

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоволоконном рефрактометре, содержащем последовательно расположенные источник излучения, волоконно-оптический световод с чувствительным элементом, вы- полненным в виде передающего и приемного поверхностно-микронеоднорбдных участков световода одинаковой длины и приемник излучения, выходной торец передающего и входной торец приемного эле- ментов выполнены светоотражающими, при этом передающий элемент размещен внутри приемного элемента, выполненного в виде трубчатого световолокна.

На чертеже представлена схема оптово- локонного рефрактометра

Рефрактометр содержит источник 1 из- пучения, волоконно-оптический световод 2, передающий элемент 3, приемный элемент 4, приемник излучения 5. Торцы 6 элемен- тов 3, 4 выполнены светоотражающими. Передающий элемент 3 снабжен пробкой 7. Приемный элемент 4 снабжен днищем 8.

Рефрактометр работает следующим образом.

Микронавеска исследуемой жидкости помещается внутри приемного элемента 4. Затем внутрь приемного элемента 4 помещается оголенный участок передающего элемента 3 и крепится пробкой 7. свет от

источника света 1 через волоконно-оптический световод 2 поступает на передающий элемент 3. Вытекающий через рабочую поверхность передающего элемента свет (вытекающие моды) проходит через исследуемую жидкость, попадает на приемный элемент 4. При этом количество света, попавшего на приемный элемент 4, зависит от показателя преломления исследуемой жидкости. Свет от приемного элемента 4 через часть 9 волоконно-оптического световода попадает в приемник излучения 5, где и регистрируется мощность светового потока, которая является функцией показателя преломления исследуемой жидкости.

Пример. Для изготовления рефрактометра было выбрано трубчатое волокно и оптоволокно с диаметром сердцевины 600 мкм, передающий и приемный элементы имели длину 30 мм, расстояние между волокнами составило 0,5 мм. В качестве источника излучения в лабораторной модели применили гелий-неоновый лазер, приемника излучения - ваттметр поглощаемой мощности. При изготовлении действующих приборов рекомендуется использовать в качестве источника излучения полупроводниковые лазеры на основе арсенида гелия, в качестве приемника излучения - фотодиоды.

Для определения коэффициента преломления был составлен калибровочный график Для построения графика использовались эталонные жидкости, характеристики которых показаны в таблице.

В данном рефрактометре используется явление частичного нарушения полного внутреннего отражения на границе передающей элемент (сердечник световолокна) - окружающая среда. Если окружающей средой для передающего элемента является воздух с показателями преломления пв 1, то на его боковой поверхности имеет место полное внутреннее отражение света, При соприкосновении боковой поверхности передающего элемента (сердечника световолокна) с жидкостью условия полного внутреннего отражения сильно изменяются : синус предельного угла падения увеличивается в пж раз, где пж - показатель преломления жидкости.

Световой поток, образованный вытекающими через боковую поверхность передающего элемента модами, передается в приемный элемент в зависимости от коэффициента преломления жидкости.

Формула изобретения

Оптоволоконный рефрактометр, содержащий последовательно расположенные источник излучения, волоконно-оптический озетовод с чувствительным элементом, выполненным в виде передающего и приемного поверхностно-микронеоднородных участков световода одинаковой длины, и приемник излучения, отличающийся тем, что. с целью повышения чувствительности и точности определения, выходной торец передающего и входной торец приемного элементов выполнены светоотражающими, при этом передающий элемент размещен внутри приемного элемента, выполненного в виде трубчатого световолок-, на.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения показателя преломления жидкостей, при химико-биологических исследованиях, анализах горючего. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения. Чувствительный элемент рефрактометра выполнен в виде передающего и приемного поверхностно-микронеодио- родных волоконно-оптических элементов, представляющих собой участки световолок- на одинаковой длины со светоотражающими торцами, причем с передающего элемента удалена защитная оболочка и он помещен внутри приемного элемента, представляющего собой трубчатое световолок- но, конец которого оборудован днищем. 1 табл., 1 ил.

б 7

Ч

//

&

оЈ

/

/