ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТИПА РЕФРАКТОМЕР Советский патент 1968 года по МПК G01N21/41 

Известные фотоэлектрические рефрактомеры не обеспечивают высокой точности измерения отклонений светового пучка, вызываемых измеряемым объектом из-за изменений интенсивности светового потока в процессе измерений, малого ноля зрении и довольно сложных конструкций отдельных узлов устройства.

В предложенном устройстве указанные недостатки устраняются путем подбора определенного соотношения между размерами изображения входной диафрагмы, действующей части выходной диафрагмы, толщиной в рабочем сечении клиновидной пластины, а также расширением ноля действующей части выходной диафрагмы.

Па фиг. 1 дана принципиальная схема описываемого устройства.

Устройство имеет источник 1 света, конденсор 2, входную щелевую диафрагму 3, расположенную в передней фокальной плоскости объектива 4, объективную диафрагму 5, расположенную в сопряженной плоскости с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, плоское зеркало 5 развертывающий элемент 7 в виде клиновидной пластины, линзу 8, выходную диафрагму 9, фокусирующую линзу 10 и фотоприемник // с усилителем 12.

Пит-ание развертывающего элемента 7 и изменение угла наклона плоского зеркала 6 обеспечивается источником 13 энергии через мотор 14 с блокировкой фазы, вал 15 и сервомотор 16 с механизмами 17, 18, соответствепко. Регистрация положения плоского зеркала 6 осуществляется стрелочным указателем 19, кинематически связанным с механизмами 17, 18 м шкалой 20.

Световой пучок от источника 1 света проходит коиденсор 2, щелевую диафрагму 3, объектив 4 и объективную диафрагму 5, а затем кювету 21 с измеряемым объектом. СветоБой пучок зеркалом 6 отражается приблизительно под прямым углом к своему первоначальному направлению, проходит клиновидную пластину 7 и линзу 8 и создает на диафрагме 9 изображение щелевой диафрагмы 3 Вследствие иепрерывного вращения клинови; ной пластины 7 вокруг оптической оси X-X в нулевом положении изображение щели осциллирует в отверстии диафрагмы 9.

В связи с тем, что при помощи линзы 10 создается изображение находящегося в состоянии покоя сечения светового пучка, то с иостояниой интенсивностью освещается всегда одна и та же часть поверхности фотонриемийка 11, причем эта интенсивность освещения изменяется лишь тогда, когда измеряемый объект отклоняет световой пучок и изображенпе щели уже больше не осциллирует только в отверстии диафрагмы 9. При изменении интенсивности возникающего на фотонриемнике светового нятна фотоэлемент дает сигнал переменного тока, который после усиления усилителем 12 управляет сервомотором 16, а тем самым, и движением зеркала 6 и стрелки прибора 19 по величине и направлению таким образом, чтобы получалось уравновешивание.

Служащая в Качестве входного отверстия щелевая диафрагма 3 обычно будет иметь прямоугольную форму, но возможны и другие формы. Входное отверстие может, например, быть выполнено в виде решетки. Форма диафрагмы 9 зависит от формы входного отверстия, но она не обязательно должна совпадать с ней. Диафрагма может иметь такую конфигурацию, что в нулевом положении пропускает или весь свет, или часть света, или пе пропускает никакого света от изображения щели. Перемещение для выравнивания нуля хможно вместо вращения зеркала 6 осуществлять и другим образом, например перемещеиием диафрагмы или тем, что все последовательно расположенные в ходе лучей элементы от клиновидной пластины 7 до фотоэлемента жестко прикреплены к кронштейну и в.месте вращаются. Вместо отсчета по шкале 20 возможны и регистрация, регулировка или срабатывание сигнального устройства.

На фиг. 2 дан пример для относительной величины ширины 5 изобрал ения щели, ширины t выходной диафрагмы и амплитуды колебаний и. Во избежание мертвой зоны требуется, чтобы для , . По той же самой причине для должно быть выполнено условие 5-2U- t. Если требуется, чтобы в нулевом положении не было мешающего сигнала более высокой частоты, то в обоих случаях разрешается лишь условие равенства. Так как периодическое относительное движение изображения диафрагм 3 VL 9 может быть и циркулярным, например, при применении простой клиновидной пластины 7, длины изображения этих диафрагм должны быть согласованы таким образом, чтобы при периодическом относительном движении узкие стороны не пересекались. На фиг. 2 показаны три положения для изображения щели во время одного периода колебаний.

На фиг. 3 показаны некоторые сигналы от приехмника при различных нулевых положениях: причем на фиг. 3, а-3, с выполняется условие S-}-2U t. На фиг. 3, а показан чистый сигнал постоянного тока, в то время как на фиг. 3, b после перемещения направо, а на фиг. 3, с - после перемещения налево появляются сигналы переменного тока со смещенными на я положением по фазе; для S-{-2U t изображение щели при нулевом положении пересекает при относительном осциллирующем движении оба края диафрагмы. Получается сравнительно небольшой сигнал переменного тока двойной частоты. Этот сигнал можно использовать для проверки готовности

аппаратуры и эксплуатации, так как в случае отказа источника света, сильного поглощения измеряемого объекта, слищком большого отклонения светового пучка, отказа усилителя или мотора этот сигнал исчезает. При этом выбирается такая величина сигнала двойной частоты, при которой усилитель не перегружается, усиление в регулировочной цепи не снижается и фильтрование не нужно. Отклонения изображения щели в одну или другую сторону не должны превышать ширины диафрагмы (в случае ) или ширины изображения щели (в случае ). Если на объекте вдруг появляются .большие изменения, то это

приводит к отказу системы перемещения. Этого можно избежать специальным выполнением диафрагмы или щели.

На фиг. 4 показаны три возможных варианта выполнения диафрагмы 9, расщиряющие

рабочий диапазон диафрагмы в несколько раз. Если в щелеобразной диафрагме сделать прорезь, так что диафрагма получает форму Т или креста, перемещение будет даже в случае внезапного отклонения на значение, большее

ширины диафрагмы. Длина прорезной части должна быть меньше ширины диафрагмы в целях обеспечения возвращения в нулевое положение. Диапазон еще увеличивается, если поперечный прорез имеет ступенчатое выполнение (в варианте а показаны две ступени, щирина каждой из которых меньше ширины изображения щелевой диафрагмы 3). Вместо ступенчатого прореза молсно применять клиновидный прорез (вариант в). Другая возможная форма диафрагмы изображена на фиг. 4, с. Она выполнена таким образом, чтобы экранировала световые пучки вблизи оптической оси и процускала лишь более отдаленные пучки. Кроме того, входное отверстие

может иметь одну из показанных форм, а диафрагма соответствующую более простую геометрическую форму. Независимо от специальной формы входного отверстия и диафрагмы требуется, чтобы при отклонении всегда имелся сигнал переменного тока с соответствующим положением по фазе, обусловленным перемещением.

Предмет изобретения

1. Фотоэлектрическое измерительное устройство типа рефрактомера, содержащее коллимированный источник света, оптическую систему для формирования изображения входной диафрагмы и проицирования ее параллельным пучком на действующую часть выходной диафрагмы, установленную перед фотоприемником, развертывающий элемент в виде клиновидной пластины и плоское зеркало,

установленное с возможностью изменения угла наклона к оптической оси и снабженное регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения отклонений светового пучка, в нем размеры изобрасти выходной диафрагмы связаны наперед заданным соотношением с толщиной в рабочем сечении клиновидной пластины, обеспечивающей развертку изображения входной диафрагмы внутри контура выходной диафрагмы.

2. Устройство но п. 1, отличающееся тем, что, с целью расщирения поля действующей части выходной диафрагмы, она выполнена в виде прямоугольника с поперечными прорезями.