Рефрактометр Советский патент 1976 года по МПК G02F1/03 

(54) РЕФРАКТОМЕТР Рефрактометр содержит оптический квантовый генератор 1, коллимационную систему 2, дифференциальную кювету 3, дефлектор 4, фокусирующую систему 5, осевую измерительную диафрагму 6, фоторегистратор 7, решающее устройство 8, генератор качающейся частоты 9 и индикатор 10. Рефрактометр работает следующим образом. Когерентный световой пучок от оптического кван тового генератора 1 проходит через коллимационную систему 2, предназначенную для дополнительной коррекции непараллельности светового пучка, и попадает на дифференциальную кювету 3, содержащую границу раздела между эталонной и испытуемой средами. На выходе дифференциальной кюветы 3 образуется вторичный световой пучок, угол отклонения которого относительно оптической оси системы зависит от показателей преломления эталонной и испытуемой сред. При заполнении кюветы 3 средами, показатели преломления которых не отличаются друг от друга, и при выключенном дефлекторе 4 производится установка нулевого показания шкалы индикатора 10 путем юстировки осевой измерительной диафрагмь 6 по световому пучку, который в этом случае ориентируется по оптической оси системы. При несоответствии показателей преломления сред в кювете 3 отклоненный световой пучок проходит через дефлектор 4, который компенсирует его угловое отклонение (линейный фазовый набег) относительно оптической оси системы и таким образом восстанавливает осевое положение светового пучка. Далее световой пучок проходит через фокусирующую систему 5, в задней фокальной плоскости которой установлены осевая измерительная диафрагма 6 и фоторегистратор 7. При попадании светового пучка в отверстие осевой измерительной диафрагмы 6, ориентированной по оптической оси системы, он регистрируется фоторегистратором 7, после чего электрический сигнал поступает на рещающее устройство 8 и индикатор 10. На дефлектор 4 от генератора качающейся частоты 9 подается частотно-модулированный сигнал f (t) CDS С tjO ±: Д cot) t , который также поступает на индикатор 10. Дефлектор 4 вносит во вторичный пучок фазовый сдвиг, обеспечивающий совмещение этого пучка с оптической осью. Дефлектор 4 может Ььиь выполнен на кристалле с линейным электро-оптическим эффектом, ультразвуковом модуляторе или ином пространственно-фазовом модуляторе когерентной волны. При использовании в качестве дефлекторов нефотоупругих элементов, они могут управляться амплитудными сигналами. Дефлектор 4 сканирует световой пучок в плоскости осевой измерительной диафрагмы 6, в результате чего световой пучок периодически проходит через отверстие осевой измерительной диафрагмы 6 с частотой-.В момент прохождения светового пучка через отверстие производится отсчет показаний на индикаторе 10 за счет подачи импульсов с решающего устройства 8, которое срабатывает от импульсного сигнала, поступающего на него с фоторегистратора 7. Шкала индикатора 10 проградуирована в величинах разности показателей преломления эталонной и испытуемой сред, которая пропорциональна углу отклонения светового пучка «о, а следовательно, мгновенному значению модулирующего сигнала t Aw t на дефлекторе 4. Результирующая когерентная волна в плоскости осевой измерительной диафрагмы 6 описывается соотношением Jexp{ i((,)x}exp{-i } dx 5(f ± (,)) (О , то есть представляет собой, если пренебречь конечными размерами апертуры фокусирующей системы 5, параметрическую Дельта-функцию, причем X и х-координаты в плоскости кюветы 3 и плоскости осевой измерительной диафрагмы 6 соответственно. F - фокусное расстояние фокусирующей системы 5, X - длина волны источника излучения, Оо - угол отклонения светового пучка относительно оптической оси устройства, зависящий от показателей преломления двух сред в кювете 3, tti - вносимый дефлектором 4 угловой сдвиг,, пропорциональный мгновенному значению модулирующего сигнала ± д cot, Из соотношения (1) следует, что световой пуок фокусируется на оптической оси устройства олько тогда, когда «о OL . Разрешающая способность стройства или е-о Ч).тзствительность к угловому отклонению при условии, что диаметр изображения меньше диаметра отверстия осевой измерительной диафрагмы 6, составляет йоС a(.Q С/. - I где D -диаметр отверстия осевой измерительной диафрагмы 6. Поскольку инерционность дефлекторов пренебрежимо мала, быстродействие описываемого устройства ограничивается ли1дь инервдонностыо фоторегистратора 7 и система может функщюнировать в реальном масштабе времени (ЮтЮОмГц) .

В случае контроля изотропных сред осевая измерительная диафрагма 6 может иметь щелевое отверстие, нричем, в этом случае она должна быть ориентирована перпендикулярно направлению отклонения светового пучка.

В случае контроля анизотропных сред осевая измерительная диафрагма 6 может иметь точечное отверстие, при этом дефлектометр реализуется как система из двух скрещенных дефлекторов или двухкоординатного дефлектора с соответствующими устройствами управления.

Система может иметь несколько диапазонов с плавным переключением. В этом случае генератор качающейся частоты 9 должен иметь соответствующее число диапазонов или переключатель индекса модулящ1и. Точность измерения на всех диапазонах остается равной точности наиболее точного диапазона.

Настоящее изобретение обеспечивает упрощешк конструкции вследствие устранения механических перемещающихся элементов, увеличение быстродействия вследствие применения практически безынерщюнных блоков и повышение точности измерений, которое ограничивается только размером отверстия осевой измерительной диафрагмы 6 и качеством фокусирующей системы 5. Кроме того существенно упрощается электронная схема, которая производит пороговую оценку сигнала и вследствие этого может быть вьшолнена в виде последовательного соединения простейшего импульсного усилителя и логического элемента.

Форм ула изобретения

Рефрактометр, содержащий оптический квантовый генератор, коллимационную систему, дифференциальную кювету, компенсатор углового отклонения светового пучка, фокусирующую систему и систему фоторегистрации, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции рефрактометра и повыщения его быстродействия, компенсатор углового отклонения светового пучка вьшолнен в виде дефлекторного устройства, а перед фотоприемником установлена осевая измерительная диафрагма.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт.св. №118392, кл. G01 п 21/46, 1956.

2.A.W. Bowen, S.W. Drinkwater, Bifferejractometer coith. faser icfW reniiat 3.PhyS.E., ii, 1971,551 (прототип).

source