Способ определения критического угла полного внутреннего отражения света Советский патент 1979 года по МПК G01N21/46 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дая определения критического угла.ПОЛНОГО внутреннего отражения при автоматизации процессов измерения ИЛИ контроля степени изменения коэффициента преломления сред.

Известны способы измерения критического угла ПОЛНОГО внутреннего отражения света путем измерения скака интенсивности отраженного пучка света при разных углах падения света на границу эталонной и исследуемой сред. При этом используют метод непосредственного изменения угла падения света 11 .

Основным недостатком способа измрения интенсивности отраженного пучка является низкая точность из-за существенного влияния нестабильности источников света и всякого рода с.мещений энергетических центров в анализируемых пучках света.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ определения критического ПОЛНОГО внутреннего отражения света, осуществляемый посредством модуляции азимута линейно поляризованного падающего на границу раздела сред света, изменения угла падения и анализа отраженного света 2.

Данный способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что при внутреннем отражении поворот ПЛОСКОСТИ поляризации отраженного света происходит при углах пад дения, меньших критического. За критическим углом поворота ппоскости поляризации нет, а наблюдается изменение другого параметра разности фаз между p-uS- составляющими поляризованного света. Поэтому при углах

5 падения, больщих критического, задача определения критического угла становится затруднительной, поскольку нет информации о Tpe6yeN5CW направлении объективного изменения угла па0дения. В результате снижается точность определения критического угла в его окрестности, а резкие изменения коэффициента преломления исследуемой среды ИЛИ угла падения становятся

5 недопустимыми.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для этого в известном способе одновременно с изменением угла падения линейно-поляризованного с гюсTOHHHbJM азимутом поляризации пучка света непрерывно модулируют на одной частоте, но в противофазе, параметр направления поляризации и параметр разности фаз отраженного пучка света, а изменение угла падения света производят до положения, при котором в спектре электрического сигнала отсутствует первая гармоника частоты модуляции параметров поляризации света. На фиг.1 приведена структурная схема одного из вариантов устройства, позволяющего осуществить предложенный способ, например, с помощью магнитооптических модуляторов состояния поляризации света; на фиг.2 зависимости переменных составляющих тока фотоприемника, пропорционально го интенсивности света, от изменени ориентации осей эллипса поляризации на фиг.З - зависимость переменных составляющих тока фотоприемника от изменения эллиптичности отраженного поляризованного пучка света. Способ реализуют следующим образом. Световой поток от источника свет Iпопадает на формирователь 2, в виде параллельного пучка света про ходит через поляризатор 3 и под уг лом cL направляется на границу разд ла двух сред рефрактометрического блока, который выполнен, например, в виде стеклянной полусферы 4 с плоско-вогнутыми линзами 5 и кюветы с жидкостью б. Отраженный от границ сред 4 и б световой поток проходит первый магнито-оптический модулятор 7 состояния поляризации, возбуждаемый переменным электрическим током частоты ( , четвертьволновую пласти ку 8, одна из главных осей которой постоянно совпадает с плоскостью пропускания поляризатора 3, второй магнито-оптический модулятор 9, воз буждаемый переменным электрическим током частоты А, анализатор 10, плоскость пропускания которого постоянно составляет прямой угол с плоскостью пропускания поляризатора 3, и воспринимается фотоприемником Если угол падения света меньше критического (об ot кр ) то в результате эффектов поворота плоскости поляризации при отражении и, небольших вынужденных колебаний параметра ориентации осей эллипса поляризации (в данном случае плоскости линейной поляризации) модулятором 7 переменная составляющая сигнала фотоприемника 11 по частоте и по форме будет такой же, как частота и форма возбуждения модулятора 7 (см.точку а на фиг.2). в спектре сигнала фотоприемника 11 пропадает первая гармоника частоты возбуждения модулятора (см.точку 6, фиг.2). Если угол падения света л (/icp, то в результате изменения разности фаз между p-U5 - составляющими при отражении и небольших вынужденных колебаний параметра разности фаз с помощью пластинки 8 и модулятора 9 переменная составляющая сигнала фотоприемника 11 по частоте и по форме будет такой же, как частота и форма возбуждения модулятора 9 (см.точкуа на фиг.З). ИриаСоСср в спектре сигнала фотоприемника 11 пропадает первая гармоника частоты возбуждения модулятора 9 (см.точку в фиг.З). Таким образом, при углах падения « cLf:p в спектре сигнала фотоприемника 11 присутствуют переменные составляющие первых гармоник либо частоты возбуждения модулятора 7, либо частоты возбуждения модулятора 9 и только при di d ff переменные составляющие первых гармоник частот возбуждения модуляторов 7 и 9 исчезают. Поэтому для определения dLff. изменяют угол падения пучка света di с помощью реверсивного двигателя 12 до положения, при котором в спектре сигнала фотоприемника 11 исчезнут первые гармоники частот модуляции параметров поляризации света. Наиболее просто критический угол определяют, если в процессе определения критического угла модуляторы 7и 9 возбуждают токами одной частоты, но таким образом,чтобы модуляция параметров поляризации (ориентации осей и разности фаз Г ) происходила в противофазе (см.фиг.З). 8этом случае информация о величине и направлении отклонения угла падения от критического заключена в величине и фазе первой гармоники переменной составляющей частоты возбуждения модуляторов 7 и 9. Для автоматического поиска критического угла реверсивный двигатель 12 подсоединяется к усилителю мощности 13, на вход которого подается переменная составляющая сигнала фотоприемника 11 . Способ позволяет автоматизировать процесс точного определения критического угла при полном внутреннем отражении. формула изобретения Способ определения критического угла полного внутреннего отражения света, осуществляемый посредством модуляции азимута линейно поляризованного падающего на границу раздела сред света, изменения угла падения и анализа отраженного света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, одновременно с изменениями угла падения

линейно-поляризованного с постоянным азимутом поляризации пучка света непрерывно молулируют на одной частоте, но в противофаэе, параметр направления поляризации и параметр разности фаз отраженного пучка света а изменение угла падения света производят до положения, при котором в спектре электрического сигна4409А

ла отсутствует первая гармоника часто ты модуляции параметров поляризации света.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 5 385207, кл.С 01 N 21/46, 1972.

2, Авторское свидетельство СССР 498535, кл.С 01 N 21/46, 1975.

f

fUi. i

Иг