Рефрактометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/04 

1

Изобретение относится к оптичес кому приборостроению и может найти применение при разработке автоматических рефрактометров, предназначенных для одновременного измерения показателя преломления и его диспер.сии.

Известные конструкции рефрактометров, предусматрив1ающие измерение показателя преломпения контролируемого вещества относительно показателя преломления измерительной стеклянной призмы методом предельного угла, имеют низкую производительност при измерении дисперсии (осуществляется последовательным измерением показателя преломления на различных длинах волн).

Предложенный рефракторметр содержит обтюратор,, на цилиндрической поверхности которого расположены два ряда прямоугольных отверстий, ширина которых равна промежутку между ними.

При этом количество отверстий в одном ряду, умноженное на рабочий диапазон изменения показателя преломления, равно количеству отверстий в другом ряду, умноженному на

рабочий диапазон изменения дисперсии показателя преломления.

За обтюратором установлены два плоских зеркала и полупрозрачная пластина, с помощью которых общий световой поток разделен и направлен в три оптических канала. В каждом канале установлены интерференционный светофильтр и фотоприемник. Выходы двух фотоприемников подключены к одному фазорегистрирующему блоку, измеряющему разность фазовых сдвигов, пропорциональную непосредственно величине дисперсии, а выход третьего фотоприемника вместе с выходом фо5тогенератора подключен к другому фазорегистрирующему блоку, измеряющему разность фразовых сдвиг-ов, пропорциональную-величине показателя преломления анализируемой пробы.

Получение одинаковой чувствительности и точности при одновременном измерении дисперсии и показателя

5 преломления {независимо от их диапазонов измерения) достигается соответствующей расстановкой отнрсительно друг друга дифференциальной кюветы, объективов и прорезей ци0линдрического обтюратора, а также выбором определенного соотношения их параметров. Эта взаимосвязь в конечном итоге представляет собой равенство

an,

с-2 4(Пр-Пр;.22,

где 2 и Zj - число прорезей сосэтветственно одного и другого ряда цилиндрического обтюратора/

ЛП(. - диапазон измерения показателя преломления для красной линии -: спектра водорода; Д(Г7р диапазон измерения средней дисперсии. Если учесть, что частота модуЛ5щии светового луча F находится в прямой зависимости с числом прорезей

F -i- -Z- ,

, ьо 1 где п - число оборотов двигателя

(об/ми),

то последнее выражение взаимосвязи можно записать в более удобной форме

Лп с„

(ПР-ПС) -1

т.п. при ДЧс ( -f

Блок схема рефрактометра приведена на чертеже.

Он работает следующим образом.

Светящийся элемент источника света 1 coi сплошным спектром излучения проектируется конденсором 2 на диафрагму 3, являющуюся зрач1 ом входа кюветы. Равномерно освещенная белым светом входная рабочая диафрагма 4 (в виде узкой светящейся щели) расположена в фокальной плоскости ахроматического объектива 5. В параллельном пучке белого света между объективами 5 и б расположена дифференциальная измерительная кювета 7.

Объектив б проектирует диафрагму 4 в свою фокальную плоскость, сонпадающую с рабочей поверхностью расположения прорезей обтюратора 8. Соотношение параметров объективов 5 и 6, обтюратора 8 и длины щели выбрано таким, что оба ряда равномерных прямоугольных прорезей обтюратора перекрываются по длине изображением светящейся щели.

Общий световой поток разделяется обтюратором на две части, из кото- рых одна модулируется с частотой F, а другая с частотой PQ. Часть светового потока, промодулированная с частотЬй F-tf зеркалами 9 и 10 .направляется в канал измерения средней дисперсии ПР-ПС - в канал измерения показателя преломления Пс

Объектив 11, установленный в .канале измерения средней дисперсии, проектирует зрачок входа кюветы ( диафрагму 3 на светочувствительную поверхность фотоприемников 12 и 13, .

обеспечивая тем самым его неподвижность па этой поверхности при значительных перемещениях изображения диафрагмы 4 в рабочей плоскости обтюратора. За объективом 11, под углом 45° к падающему пучку света, установлена полупрозрачная пластина 14, разделяющая белый свет на проходящую и отраженные части. Выделение необходимого узкого рабочего интервала длин волн Ар и Л . осуществляется с помощью интерференционных светофильтров соответственно 15 и 16.

Разность фазовых сдвигов

измерительных сигналов на выходе фотоприемников 12 и 13

. и и„.оо9(,),

„.coe(u)) .

пропорциональная средней дисперсии ПР-ПС измеряется фазорегистрирующим блоком 17.

Часть светового потока, промодулированная частотой F , зеркалом 18 направляется в канал измерения показателя преломления.

В канале измерения показателя преломления установлен объектив 19, аналогичный по параметрам и назначению Объективу 11. Интерференционный светофильтр 20 выделяет рабочую длину волны Лс . Фазовый сдвиг 4 измерительного сигнала на выходе фотоприемника 21

,.)

пропорциональный величине п, из меряется фазорегистрирующим блоком 22 относительно опорного напряжения

.

вырабатываемого фотогенератором.

В качестве фотогенератора использованы источник света 23 и фотоприемник 24, выставленные соответствующим образом относительно прорезей большого шага обтюратора 8.

Как видно из блок-схемы рефрак5 тометра и описания принципа ее работы, величи.на показателя преломления П(5 и непосредственное значение Средней дисперсии Пр-п могут непрерывно измеряться без какого-либо влия0 ния измерения Пс -на измерения Пр-п. Кроме того, измерение показателя преломления П( и частной дисперсии на других длинах волн производится простой заменой светофильтров 15, 16 и 20.

Применение одной дифференциальной кюветы с призматической ячейкой длях жидкого эталона позволяет резко снизить требования к термостатированию исследуемой пробы. Если измерения показателя преломления для различных длин волн на всех и-юющихся лабораторных рефрактометрах требуют точности тйрмостатирования «.+0,02 С то в предлагаемом рефрактометре точность термостатирования при измерении с погрешностью +1-10 ед. составляет -А +1С, а при измерении непосредственно Пр-Пс- с погрешностью +2 10- ед. +10 С.

формула изобретения Рефрактометр, содержаиций источнйки и приемники света/ входную щель,

оптическуюсистему, дифференциальную кювету и обтюратор, о т л и чающий, ся тем, что, с целью одновременного измерения показателя преломления и его дисперсии, обтюратор в нем выполнен в виде полого цилиндра с двумя рядами прямоугольных отверстий на цилиндрической поверхности, ширина которых равна промежутку между ниьш, причем количество отверстий в одном ряду, умноженное на рабочий диапазон изменения показателя преломления, равно количеству отверстий в да)угом ряду, умноженному на рабочий диапазон изменения дисперсии показателя преломления, а за обтюратором введены три оптических канала с двумя фазометри-; ческими устройствами на выходе.