Гидрооптический рефрактометр Советский патент 1982 года по МПК G01N21/41 

(St) ГИЛРООПТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР

... . : . ,:. I Изобретение относится к технической физике, а именно к рефрак-; тометрическим приборам для анализа жидкостей и может быть использовано в гидрологии (анализ солености морской воды), а также в химической фарг мацеатической и др. отраслях промышленности.

Известен гидрологический оптический рефрактометр, содержащий проточную кювету, объектив и фотор1егистриг рующее устройство 1}.

Данный рефрактометр характеризуется недостаточной чувствительностью, низкой виброустойчивостью и связднг ной с этими обстоятельствами невысокой точностью. Низкая виброустойчивость данной схемы проявляется в том, что неизбежные при длительном автономном эксплуатировании угловые смещения кюветы (из-за переменного и флуктуирующего по глубине давления исследуемой воды) приводят к дополнительному наклону преломленного

пучка света, что приводит к значительным ошибкам измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является гидроопТич1БСКий рефрактометр, содержащий последовательно установленнь1е в корпусе мсточник света автоколлиматор, включающий щель, объектив и двугранное зеркало, расположенное в исследуемой среде,ребtoро которого находится на оптической оси объектива, а одна из граней наклонена к этой оси под углом, не равным а также установленные в корпусе иллюминатор, расположенный

15 перед исследуемой средой, и систему обработки информации 21.

Известный рефрактометр обладает уменьшенными, по сравнению с другими рефрактометрами, вибрационной и тем20пературной погрешностями.При регистрации пороговых изменений показателя преломления чувствительность рефрактометра недостаточно высока. Это 3 не позволяет регистрировать ряд процессов, например, слабые изменения температуры и показателя преломления в океанологических экспериментах. Световые пучки, отразившиеся от граней двугранного зеркала, находятся в неодинаковых условиях, а следовательно по-разнону искажаются объективом, при этом, вследствие аббера ции, световые пятна имеют равное искажение, величина которого зависит от угла наклона светового пучка.Наличие этой систематической ошибки ве дет к снижению чувствительности и усложнению обработки результатов измерения. Целью изобретения является повышение чувствительности измерений. Поставленная цель достигается тем что гидрооптический рефрактометр, содержащий последовательно установленные в корпусе источник света, автоколлиматор, включающий щель,объектив и двугранное зеркало, расположенное в исследуемой среде, ребро которого находится на оптической оси объектива, а одна из граней наклонен к этой оси под углом, не равным 90° а также установленные в корпусе иллюминатор, расположенный перёд исследуемой средой, и систему обработки информации, снабжен двумя система ми плоских зеркал, оптически сопрягающими грани двугранного зеркала с плоскостью, в которой находятся изоб ражения щели, при этом числа зеркал в системах, отличаются на 2 к, где к 0,1,2..., щель расположена на оп тической оси объектива, а вторая . грань двугранного зеркала наклонена к оптической оси объектива на такой же угол, как и первая. На фиг. 1 представлена принципиальная схеме рефрактометра; на фиг. 2 - вид поля зрения рефрактометра . Рефрактометр содержит источник света 1, конденсатор 2, входную щел 3, объектив k, иллюминатор 5 двугранное зеркало 6, установленное в исследуемой среде 7, две системы плоских зеркал 8-10 и 1-1,12,10,головной объектив 13, фоторегистрирующее устройство 14 (систему обработки информации). Входная щель 3, объектив Ц и двугранное зеркало 6 представляют собой автоколпиматор, В поле зрения рефрактометра нахо дятЬя изображения входной щели в на 7 чальном положении и изоЬражения 17 и 18, входной щели при изменении показателя преломления воды. Рефрактометр работает следующим образом. Источник света I с помощью конденсатора 2 освещает входную щель 3, находящуюся в фокальной плоскости объектива 4. Далее коллимированный пучок света проходит иллюминатор 5. входит по нормали в исследуемую среду 7 (воду) и отражается от двугранного зеркала 6, грани которого расположены под равными углами к оптической оси. После отражения от двугранного зеркала исходный пучок света разделяется на два пучка, каждый-из которых проходя исследуемую среду в обратном направлении, падает на иллюминатор 5 над некоторым .углом. Преломленные после иллюминатора пучки света системами плоских зеркал 8-10 и 11,12,10 направляются во входной головного объектива 13. В фокальной плоскости объектива строятся два изображения входной щели образованные пучками, отражен- ными от различных граней двугранного зеркала. Анализ поля зрения и выдачи измерительной информации производится с помощью фоторегистрирующего устройства 1. Оптическая система юстируется таким образом, чтобы в некотором начальном положении (например-, вблизи поверхности водоема), в поле зрения, (фиг.2) изображения входной щели 15 и 16 совпадали по координате X и были бы смещены на половину поля зрения по координате Y. При изменении показателя преломления воды (при погружении аппаратуры) пучки света, преходящие иллюминатор, получают дополнительное угловое отклонение в разные стороны от оптической оси. Таким образом, данная схема имеет удвоенну19 чувствительность по сравнению с известной; Системы плоских зеркал 8-10 и 11,12,10, имеющие в частном случае одинаковое число зеркал в своем составе (разность числа зеркал в системах равна нулю), направляют преломленные после иллюминатора пучки света во входной зрачок объектива.Причем, после прохох дения пучками систем зеркал знаки .угловых отклонений не изменяются, т.е. пучки по-прежнему получают дополнительные отклоне ния в различные стороны. Аналогичное положение имело бы место, если бы числа зеркал в системе отличались бы не на нуль, а на любое четное число 2к. , При выбранном количестве зе.ркап в системах изг енение показателя пре ломления исследуемой среды приводит к тому, что изображения щелей 15 и 16 (фиг.2) смещаются в рйзные стороны вдоль оси XX (изображения 17 и 18), причем разность их координат, определяемая фоторегистрирующим устройством, характеризует измеряемое изменение показателя преломления. Очевидно, что данная схема рефра тометра обладает высокой виброустой чивостью. Действительно, при наклона двугранного зеркала из-за неизбежных изменений и флуктуации давления воды (основной источник вибраций) преломленные после иллюминатора световые пучки получают угловые приращения од ного знака (пучки отклоняются в одну сторону), изображения щелей также смещаются в одну сторону,поэтому разность координат изображений щелей остается практически неизменной. Аналогично воздействует на обе щели и наклон зеркала 10, смещая их на одинаковую величину в одну сторону. закалки 8,9 и 11,12 конструктивно выполняются в виде единого двугранного зеркала. Естественно,что

наклон этих зеркал вообще не приводит к отклонению световых пучков.

Таким образом, данный рефрактометр обладает повышенной чувствитев)ьностью и виброустойчивостью,что дает возможность достичь высокой

2. Авторское свидетельство СССР по заявке К 2728887/18-25, кл. G 01 N , 1979 (прототип). 7 6 точности изкерения в. условиях быстро го изменения температуры исследуемой среды и наличия значительных вибраций. Формула изобретения Гидрооптический рефрактометр,содержащий последовательно установленные в корпусе источник света, ав токоллиматор, включающий щель, объектив и двугранное зеркало, располЬженное в исследуемой среде, ребро которого находится на оптической оси объектива, а одна из граней наклонена к этой оси под углом, не равным 90 , а также установленные в корпусе иллюминатор, расположенный перед исследуемой средой, и систему обработки информации, о тличающийся тем, что с целью повышения чувствительности изерений, рефрактометр снабжен двумя системами плоских зеркал, оптически сопрягающими грани двугранного зеркала с плоскостью, в которой находятся изображения щели, при этом числа зеркал а системах отличаются на 2к, где к 0,1,2..., щель расположена на оптической оси объектива, а вторая грань двугранного зеркала наклонена к оптической оси объектива на такой же угол, как и первая. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе