Автоматический рефрактометр Советский патент 1976 года по МПК G01N21/46 

1

Изобретение относится к приборам для измерения рефрактометрических постоянных, например средней дисперсии, частной дисперсии, показателя преломления и т. д.

В известных приборах, содержащих источник света, оптическую систему, входную и выходную диафрагмы, обтюратор, дифференциальную кювету, фотоприемник, измерительное устройство, нельзя одновременно измерить дисперсию и показатель преломления, т. е. известные приборы позволяют измерить только одну рефрактометрическую постоянную.

Цель изобретения - изменение средней дисперсии, частной дисперсии, показателя преломления и других рефрактометрических постоянных одним прибором.

В предлагаемом рефрактометре поставленная цель достигается благодаря тому, что входная и выходная диафрагмы имеют одинаковое количество, по крайней мере три, рабочих щелей, например, прямоугольной формы, причем все щели входной диафрагмы расположены на линии, проходящей через оптическую ось и непараллельной преломляющему ребру кюветы, а обтюратор имеет нацилиндрической поверхности, по крайней мере, три ряда рабочих прорезей.

На фиг. 1 изображен предлагаемый рефрактометр; на фиг. 2 - обтюратор.

Рефрактометр содержит источник света 1, конденсор 2, входную диафрагму 3, электродвигатель с кодовым цилиндрическим обтюратором 4, плоское зеркало 5, юстировочную диафрагму 6, дифференциальную кювету 7, объективы 8 и 9, выходную диафрагму 10, интерференционные светофильтры 11 и 12, проекционный объектив 13, основной фотоприемник 14, коммутирующий светоприемник 15, переключатель 16 электрических каналов, электронные измерительные блоки 17, 18, вторичные регистрирующие приборы 19, 20.

В зависимости от поставленной задачи (определение дисперсии, показателя преломления ИЛИ того и другого одновременно и т. д.) в конструкции прибора достаточно только заме-, нить кодовый обтюратор и входную с выходной диафрагмы по количеству, расположению и размеру щелей, а также подобрать и при необходимости расположить соответствующим образом интерференционные светофильтры.

Прибор работает следующим обра:;ом.

Свет от СПЛОШНОГО или линейчатого источника света 1 собирается с помощью конденсора 2 на юстировочной диафрагме 6, равномерно освещая входную диафрагму 3, которая ДЛЯ этой цели установлена в непосредственной близости от конденсора.

Юстйровочная диафрагма 6 предназначена для настройки прибора нри замене источника света, а также для формирования по возможности узкого светового пучка, проходящего через кювету.

Плоское зеркало 5 предназначено для изменения направления хода лучей, которое необходимо как для компактности всей схемы прибора, так и для обеспечения возможности и удобства расположения и применения вприбо ве цилиндрического обтюратора 4. Цилиндрическая форма обтюратора позволяет легко получать разнообразные кодированные сигналы при соблюдении условия получения формы сигнала, близкой к П-образной. Последнее обстоятельство несколько облегчается также в виду модуляции цилиндрическим обтюратором световых пучков в фокальной плоскости объектива 8, которая также по форме близка к сферической, и пересечением световых пучков, выделяемых входной диафрагмой 3, в непосредственной близости от нее.

Поскольку входная диафрагма 3 находится в фокальной плоскости объектива 8, а выходная диафрагма 10 расположена в фокальной плоскости объектива 9, то эти плоскости являются сопряженными и каждая щель диафрагмы 3 будет проектироваться на соответствующую щель диафрагмы 10, а между объективами 8 и 9 будет проходить параллельный пучок лучей. В параллельном пучке расположена дифференциальная кювета 7. Входные щели расположены на одной линии, проходящей через оптическую ось и наклоненной на некоторый постоянный угол а относительно преломляющего ребра кюветы. Такое расположение необходимо для превращения отклонения световых пучков в изменение их интенсивностей, так как перемещение изображений щелей при изменении показателя преломления контролируемого продукта происходит перпендикулярно преломляющему ребру кюветы. Кроме того, при модуляции световых пучков обтюратором, который также повернут на угол а, т. е. образующая его цилиндрической части параллельна линии, по которой расположены входные щели, длительность импульсов .по времени остается постоянной при перемещении изображения щелей диафрагмы 3 в плоскости щелей диафрагмы 10, что является одним из основных условий правильности работы схемы.

Интерференционные светофильтры 11 и 12 предназначены для выделения необходимых монохроматических световых пучков, проходящих через выбранные щели диафрагмы 3 или 10, из белого или суммарного линейчатого спектра источника света. Практически они могут быть установлены как у входной диафрагмы 3, так и у выходной диафрагмы 10.

После выходной диафрагмы 10 и светофильтров все отдельные световые пучки попадают на проекционный объектив 13, который проектирует неподвижный зрачок входа дифференциальной кюветы 7 на светочувствительную поверхность фотоприемника 14, например фотоумножителя, поэтому даже нри значительных и различиых по величине отклонения световых пучков в плоскости диафрагмы 10 световое пятно на фотонриемнике остается .практически постоянным по величине и его положению и может изменяться только по освещенности для некоторых световых нучков, являющихся измерительиы.ми. Это обстоятельство позволило использовать в приборе один простой измерительный фотоприемник и соответственно повысить точность измерения.

Второй светоприемник 15 предназначен для переключения выходного сигнала фотоприемника 14 поочередно на два измерительных электрических блока прибора 17, 18 в случае необходимости одновременного измерения на одном приборе двух рефрактометрических параметров, например средней дисперсии (Пу -

Пс) и показателя преломления П.

Работа рефрактометра основана на непрерывном сравнении показателей преломления исследуемого и эталонного продуктов при помощи оптико-электронной измерительной системы.

При вращении обтюратора 4 происходит поочередная модуляция двух рабочих систем световых пучков. Две половины I и II обтюратора расположены таким образом, что каждая

система электрических импульсов, получаемых с фотоприемника, состоит из трех векторовсигналов, сдвинутых по фазе на 90° относительно друг друга (вектора УЬ Кз; УЗ и вектора V, 1/5; Ve)- Количество рабочих прорезей

обтюратора на каждой его половине определяется размерами щелей и диаметром обтюратора, так как для получения отдельных сигналов, по форме, близкой к П-образной, необходимо, чтобы длина прорезей обтюратора

была как можно больше длины щелей диафрагмы 3. Система из трех взаимно перпендикулярных векторов-сигналов удобна для измерения контролируемого параметра, который пропорционален или разности двух взаимно противоположных по направлению векторов, например Пр - Пс V - , или величине одного из них, например Пс V при постоянном векторе-сигнале, сдвинутом на угол 90° к ним УЗ и Уб или, во втором случае,

также при постоянном сигнале УЗДля настройки прибора диафрагма с выходными щелями имеет возможность поворота и перемещения в вертикальном направлении. Возможность изменения наклона щелей входной диафрагмы п соответственно выходной относительно положения преломляющего угла кюветы позволяет достаточно легко и точно регулировать как чувствительность прибора, так и производить частичную компенсацию

нелинейности его шкалы.

Таким образом, при равенстве показателей преломления в обоих частях кюветы на выходе фотоприемника получаются последовательные системы электрических импульсов ступенчатой формы, состоящие, например, из трех

П-образных сигналов, из которых один является постоянным по величине, и трех других П-образных сигналов, соответствующих одному обороту обтюратора.

При изменении показателя преломления контролируемого продукта (Пс или Пр) в системе электрических импульсов ступенчатой формы, получаемых с фотоприемника, произойдет изменение величины ступеньки (или переменной составляющей) при сохранении величины постоянных составляющих сигнала в каждой из двух совокупностей импульсов общей их последовательной системы. Для импульсов, образуемых частью I обтюратора, это изменение величины ступеньки V - Vz будет пропорционально средней дисперсии Пр - Пс, а для электрических импульсов, образуемых частью П обтюратора, это изменение ступеньки будет пропорционально изменению показателя преломления Пс.

Величина постоянной составляющей УО стабилизируется с помощью системы АРУ при возможных колебаниях общего светового потока источника света, загрязнениях кюветы и т. п.

Величина переменной составляющей выделяется известным электрическим способом из . сложного ступенчатого сигнала и таким же образом измеряется в соответствующих электронных блоках.

Разделение отдельных совокупностей ступенчатых сигналов, пропорциональных различным параметрам, производится одним из известных способов, например с помощью коммутирующего фотоприемника и электрического переключателя каналов.

Формула изобретения

Автоматический рефрактометр, содержащий источник света, оптическую систему, входную и выходную диафрагмы, обтюратор, диффереициальную кювету, фотоприемник, измерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью измерения средней дисперсии, частной дисперсии, показателя преломления и других рефрактометрических постоянных,

входная и выходная диафрагмы имеют одинаковое количество, по крайней мере три, рабочих щелей, например, прямоугольной формы, причем все щели входной диафрагмы расноложены на линии, проходящей через оптическую

ось и непараллельной преломляющему ребру кюветы, а обтюратор имеет на цилиндрической поверхности, по крайней мере, три ряда рабочих прорезей.

t

f fi

.t

Zl tn CZ3 I

CZD d CZ3 Zj en CZl СИ CZH LZ: CZ CZ СШ

4

г.

-a-- /-;

I CD LZl ZD

кг.г