Автоматический рефрактометр Советский патент 1979 года по МПК G01N21/46 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР

1

Изобретение относится к области рефрактометрии и. может быть использовано в приборах для измерения показателя преломления жидкостей.

Известны автоматические рефрактометры, содержащие последовательно расположенные источник света, оптическую систему, формирующую два световых пучка, рефрактометрическую кювету, многощелевой обтюратор, фотоприемники и фазойзмерительное устройство, в которых производится фазовая регистрация угловых отклонений светового пучка, прошедшего кювету с жидкостью 1.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является автоматический рефрактометр, содержащий источник света, рефрактометрическую кювету, оптическую систему, многощелевой обтюратор, фотопрнемники и фазойзмерительное устройство 2.

В этом рефрактометре часть светового пучка после прохождения кюветы фокусируется автоколлимационным объективом непосредственно на щели обтюратора и используется для измерения больших угловнх отклонений, но .с малой чувствительностью. Па

пути второй части пучка между автоколлимационным объективом и обтюратором установлена отрицательная линза и призма, раздваивающая в одной плоскости вторую часть пучка на две части. Разделительная призма выполнена так, что расстояние между раздвоенными пучками, а следовательно и разность фаз сигналов фотоприем- ,

0 НИКОВ, регистрирующих световые потоки этих пучков, зависит от угла входа в призму раздваиваемого светового пучкаi Благодаря введению отрицательной линзы и разделению Луч5ка на две части достигнуто повышение чувствительности прибора, но при этом во столько же раз уменьшился диапазон измерения.

Недостатком известного устрой0ства является узкий диапазон измерения . .

Цель изобретения - расширение диапазона измерения при одновременном, обеспечении высокой чувствительности

5 во BciSM диапазоне. Это достигается тем, что в многощелевом обтюраторе одна или несколько щелей или промежутков между щелями выполнены шире на целое число шагов распределе0ния элементов обтюратора и в рефрак тометр дополнительно й едены устройство счета целого чиСла (|)азовых сдвигов, равных пределу измерения фазоизмерительного устройства, и устройство согласования результата счета фазовых сдвигов с показанием фазоизмерительного устройства, причем входы устройства счета фазовых сдвигов соединены с выходами фотоприемников, а его выходы соединены ,со входами устройства согласования, другие входы которого соединены с выходами фазоизмерительн го устройства. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображена функциональная схема авто матического рефрактометра; на фиг. 3 показана часть многощелевого обтюратора, а на фиг. 4 изображены осциллограммы выходных сигналов фотоприемников. Устройство содержит последователь но расположенные источник 1 света, коллимирующий объектив 2, кювету 3 с исследуемой жидкостью, кювету 4 с эталонной жидкрстью, диафрагму 5 с двумя отверстиями, стеклянные клин б, 7, фокусирующий объектив 8, цилиндрический многощелевой обтюратор 9, фотоприемники 10, 11, фазоизмерительное устройство 12, устройство 1 счета фазовых сдвигов и устройство согласования результата счета фазоBtjix сдвигов с показанием фазоизмерительного устройства. Обтюратор 9 имеет цилиндрическую поверхность 15 Кювета 3 с исследуемой жидкостью Содержит две стеклянные пластины, установленные параллельно друг друг а кювета 4 с эталонной жидкостью вы полнена в виде ромбовидной призмы с Стеклянными стенками и расположена кюветы 3. Стеклянные клинья 7 преДна3научены для разведения световых пучков, прошедших отверстия диафрагмы 5, на фотоприемники 10, 1 Щели обтюратора 9 .расположены в фокальной плоскости объектива 8. Устройство работает следующим образом..Свет от источника 1 Формируется рбъек ивом 2 в пара.плель-. ный пучек, Который проходит кюветы 3, 4 и диафрагму 5. После диафрагмы 5 образуется два одинаковых световых . 1пучка 16 и 17, которые чере клинь.э 6, 7 попадают на объектив 8 Объакфив В формирует в плоскостище лей обтюратора 9 два одинаковых изо ражения 16 и 17 (фиг. 3) источника .сдвинутые клинБями б и 7 вдоль щел обтюратора так, чтобы световые пото ки пучков 16 и 17 попадали на отдел ные фотоприемники 10 и 11. При этом изображения 16 и 17 находятся на од образующей 20 цилиндрической повер ности обтюратора (фиг. 3) и разнос фаз между сигналами фотоприемникрв авна НУ.ЛЮ. Если- показатель преломлеиия исследуемой жидкости меняется то между пучками 16 и 17 появится угловое смеще ше, которое приводит к смещению изображений 16 и 17 в направлении, перпендику;лярн6м щелям обтюратора, в противоположные стороны на величину, пропорциональную величине измерения, показателя преломления. С помощью обтюратора расстояние Д х между смещенньми изображениями 18 и 19 преобразуется в фазовый сдвиг между сигналами U и У Фотоприемников 10, 11 (фиг. 4). В предлагаемом рефрактометре разность фаз между сигналами фотоприемников определяетсй по мрментам t.t последовательного пересечения изображений 18 и 19 расширеннымэлементом 15 обтюратора 9 (фиг. 3). Введение в обтюратор одного или нескольких расширенных на шаг и разнесенных между собой эле-. ментов практически не влияет на показание фазоизмерительного устройства, так как при этом не изменяется фазасинусоидальных участков сигнала. Фазовый сдвиг Ч между сигналами (J и Ug. определяется из соотношения, где N - целое число фазовых сдвигов, равных tip за время W (-Ьа-Ь.г). Vf,p - предел измерения фазоизмерительного устройства; АЧ - разность фаз между сину сондальными участками сигнало. ;-соответствует оказанию фазоизмерительного устройства 12, Число N определяется с помощью устройства 13 счета фазовых сдви,грв. Суммиров.ание показаний фазоизмерительного устройства 12 и уст ройства 13 счета числа N произврдится устройством 14 согласования а При этом учитывается знак при лЧ и знак изменения показателя преломления, который определяется в устройстве 13 по взаимному временному положению моментов времени tg t. Устройство счета -числа N построено по следующему принципу. Известными методами из сигналов Ц, произ-водится временная селекция и формирование импульсов в моменты времени tg , tjj- пересечения расширенными элементами обтюратора световых пучков 16 и 17. Формируется.временное окно, в течение которогр на вход счетчика иь;1пульсов подаются импульсы, период следования которых равен периоду модуляции светрвого потока пучков 16 и 17 не расширеннЕми Элементами обтюратора, умноженному на о-тнощение Чпр/ /360. Например, если + 1ВО°, то период следования счетных импульсов . равен половине периода .моду.ляцин светового потокаf при этом счетные импульсы формируются по моментам пересечения сигналами Цыи,нулёвого (среднего) уровня. Для обеспечения согласования показаний фазоиэмерительного устройства 12 .с реэульта том счета числа N счетные импульсы надо формировать из сигнала того пучка, который пересекается обтюратором первым по ходу вращения. Данное изобретение позволяет обе печить однозначное измерение фазовых сдвигов, превышающих ЗбО, что- дает возможность расширить . предел измерения показателя преломления. Э дает также возможность уменьшать, шаг. распределения элементов обтюрат и тем самым обеспечить высокую чувствительность рефрактометра. Формула изобретения Автоматический рефрактометр, содержащий источник света, рефрактометрическую кювету, оптическую сис тему, многощелевой обтюратор, фотоприемникии фазоизмерительное устро ство, -отличающийся тем что/с целью расширения диапазона

J

/5

.f измерения при одновременном обеспечении высокой чувствительности во всем Диапазоне, в его многощелевом обтю- Заторе одна или несколько шелей или промежутков между щелями выполнены шире на целое число шагов распределения э гементов обтюратора, и в рефрактометр дополнительно введены устройство счета целого числа фазовых сдвигов, равных пределу измерения фазоизмерительного устройства, и устройство согласования результатов счета фазовых сдвигов с показанием Фазоизмерительного vcтpoйcтвa, причём входьз устройства счета фазо вых сдвигов соединены с выходами фотоприемников, а его выходы соединены со входами устройства согласования , -другие входы которого соединены с выходами фазоизмерительного устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторскоесвидетельство СССР № 163390, кл. G 01 N 21/46,- 1964, 2.Авторское свидетельство СССР 401912, кл. G 01 N 21/64, 1973 (прототип).

9f

V

I vy V/ 4V

fS

.

РигЛ

ts