РЕФРАКТОМЕТР Советский патент 1972 года по МПК G01N21/41 

Предлагаемое устройство относится к оптико-механическим приборам и предназначено для непрерывных автоматических измерений коэффициента преломления прозрачных веществ, не обладающих двойным лучепреломлением, например проточных жидкостей нли газов.

В известном автоматическом жидкостном рефрактометре для измерения угла отклонения луча света, выходящего из рефрактометрического блока, используются: линзовый компенсатор, связанный с индикатором, дифференциальный фоторезистор, включенный в мост Уинстона, питаемый переменным током, и следящая система, исполнительный двигатель которой механически связан с линзовым компенсатором.

Известное устройство имеет недостатки. Так, измерение отклонения луча света при помощи дифференциального фотоприемника (как правило, фоторезистора) приводит к ощибкам из-за разбаланса параметров чувствительного слоя (в случае питания фоторезистора постоянным током) или «небаланса (в случае включения дифференциального фоторезистора в мост, питаемый переменным током). В фоторезисторах линия раздела между чувствительными слоями имеет значительные размеры (иногда несколько миллиметров) , что также снижает точность нзмерений.

Кроме того, быстродействие известного устройства невысокое, а динамическая характеристика его следящей системы требует улучшения.

С целью повыщения точности измерений и улучщения динамических характеристик рефрактометра формирователь плоскополяризованного света и модулятор состояния поляризации, преобразующий линейно-поляризованный свет в циркулярно-поляризованный с периодической сменой направления циркуляции, установлены перед рефрактометрическим блоком, а после этого блока дополнительно установлена четвертьволновая пластинка, направления главных осей которой составляют угол 45°с плоскостями пропускания половинок анализатора.

Поскольку при этом на фотоприемннк падает поляризованный свет с разной ориентацней плоскостей поляризации, что может вызвать погрешность измерений, рационально непосредственно перед фотоприемником установить фазовую пластинку, например четвертьволновую, главные оси которой составляют угол 45° с плоскостями поляризации падающего на фотоприемник света.

лять совместно с анализатором (например, заклеивать совместно между двумя защитными стеклами). Четвертьволновая пластинка может быть выполнена из двух примыкающих друг к другу половинок с разной ориентацией главных осей, линия раздела между которыми перпендикулярна направлению отклонения луча, а плоскость пропускания поляризатора составляет угол 45° с каждой половинкой четвертьволновой пластинки.

На чертеже изображена принципиальная схема предложенного рефрактометра.

Рефрактометр содержит формирователь монохроматического, плоскополяризованного, параллельного пучка света, состоящий из источника света 1, конденсора 2, светофильтра 3, объектива 4, диафрагмы 5 и линейного поляризатора 6. За поляризатором по ходу луча установлен модулятор 7 состояния поляризации, например вибрационный, выполненный в виде двух примыкающих друг к другу половинок Л и Б четвертьволновой пластинки из слюды, главные оси которых составляют угол 45° по отнощению к линии раздела половинок (например, вертикальной). Половинки соверщают колебания в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света, например, с помощью плоской пружины.

Вибрационный модулятор 7 содержит электрические контакты 8, периодически замыкающиеся синхронно движению половинок четвертьволновой пластинки.

Пройдя через модулятор, пучок попадает на рефрактометрический блок 9 и установленную за ним неподвижно (например, наклеенную на выходное окно рефрактометрического блока) четвертьволновую пластинку 10, например слюдяную.

Для компенсации отклонения луча, вызванного изменением коэффициента преломления исследуемого вещества, в устройство введен компенсатор 11, за которым неподвижно установлен анализатор 12, выполненный из двух примыкающих друг к другу поляризационных элементов В и Г с разной ориентацией плоскостей пропускания, например, взаимно перпендикулярной, линия раздела между которыми, играющая роль нуль-пункта, перпендикулярна направлению отклонения луча.

Непосредственно за анализатором 12 установлена линза 13, в фокусе которой расположен фотоприемник 14, являющийся составной частью системы наведения и регистрации, включающей в себя избирательный усилитель /5, фазовый детектор 16, модулятор 17, усилитель мощности 18, исполнительный реверсивный двигатель 19, связанный с компенсатором // и регистрирующим прибором 20.

Устройство работает следующим образом.

Сформированный элементами /-6 узкий, например, в виде вертикальной плоскости, монохроматический, плоскополяризованный пучок света падает в центр модулятора 7.

поочередно через его половинки А v. Б, имеющие равную ориентацию главных осей, каждая из которых дает сдвиг фаз .

После модулятора 7 поляризация изменяется, пучок света становится циркулярно-поляризованным с периодической сменой направления циркуляции.

Далее пучок света проходит через рефрактометрический блок 9 и падает на четвертьволновую пластинку 10, главные оси которой составляют угол 45 с плоскостями пропускания Б и Г анализатора 12.

После пластинки 10 пучок света снова становится плоскоцоляризованным с периодической сменой ориентации плоскости поляризации, которая зависит от направления циркуляции цадающего на нее пучка света, и через компенсатор 11 направляется на анализатор 12, а затем через линзу 13 - на фотоприемник 14. Пропускание анализатора зависит как от

ориентации плоскости поляризации падающего на него света, так и оттого, на какую из его половинок падает свет.

В тот момент времени когда плоскость поляризации падающего пучка света горизонтальна, на фотоприемник 14 попадает только та часть пучка света, которую пропускает половинка Г анализатора 12, когда же плоскость поляризации падающего пучка света вертикальна - только та часть пучка, которую пропускает половинка В анализатора 12.

В случае равенства показателей преломления исследуемого и эталонного вещества в рефрактометрическом блоке 9 луч света не

отклоняется, падает на линию раздела половинок анализатора 12, делится ею пополам, и по фотоприемнику проходит постоянный ток (ток баланса). При изменении коэффициента преломления

исследуемого вещества выходящий из рефрактометрического блока луч отклоняется от исходного направления и полностью или больщая часть его падает па одну из половинок а 1ализатора 12. Благодаря этому в равные

моменты времени анализатор пропускает разное количество света, что приводит к появлению переменной составляющей сигнала фотоприемника, фаза которой зависит оттого, на какую из половинок анализатора 12 падает

больще света (т. е. куда сместится луч).

Переменная составляющая фотоприемника 14 усиливается избирательным усилителем 15, настроенным на частоту возбуждения модулятора 7, и подается, например, на ключевой фазовый детектор 16, где сопоставляется с фазой колебаний модулятора 7.

ной составляющей сигнала фотоприемника 14, модулируется модулятором 17, например, с частотой сети, усиливается усилителем мощности 18 и подается на управляющую обмотку реверсивного двигателя 19.

Обмотки двигателя включены так, что при разбалансе двигатель, вращаясь, перемещает компенсатор 11 до тех пор, пока отклонившийся луч не возвратится на линию раздела половинок анализатора. При этом из сигнала фотоприемника исключается переменная составляющая, и по фотоприемнику пойдет только ток баланса, двигатель 19 остановится, а на регистрирующем приборе 20 можно прочесть новое значение коэффициента преломления исследуемого вещества.

Предлагаемый рефрактометр может найти щирокое применение в химии, особенно в технологических линиях по переработке нефтепродуктов.

6 Предмет изобретения

Рефрактометр, содержащий рефрактометрический блок, формирователь плоскополяризованного света, модулятор состояния поляризации, анализатор, выполненный из двух примыкающих друг к другу поляризационных элементов с разной ориентацией плоскостей пропускания, линия раздела между которыми

перпендикулярна направлению отклонения луча, систему наведения и регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и улучшения динамических характеристик рефрактометра, формирователь

плоскополяризованного света и модулятор состояния поляризации установлены по ходу светового луча перед рефрактометрическим блоком, а непосредственно после этого блока установлена четвертьволновая пластинка, направления главных осей которой составляют угол 45° с плоскостями пропускания половинок анализатора.

I О 9