CN102621098A - 一种数字阿贝折射仪 - Google Patents

Abstract

一种数字阿贝折射仪，包括LED光源(1)、进光棱镜(2)、折射棱镜(3)、平面反射镜(4)、干涉滤光片(5)，望远瞄准***(6)、分划板(7)，角度数字转换器(8)、微机***(9)和显示器(10)，本发明采用高性能干涉滤光片直接生成波长为589^±0.3nm的单色光，去掉了复杂的消色散装置，减少了转动部件，从而提高了仪器的准确度；整套光路封装在光路座内，实现了光路模块化，有助于仪器的小型化，提高了仪器的稳定性，使得数字阿贝折射仪重量轻、体积小、生产装配容易、制造成本低、测量范围大、操作简单。

Description

一种数字阿贝折射仪

技术领域

本发明涉及光学测量仪器领域，具体讲就是涉及一种数字阿贝折射仪。

背景技术

折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。因此，通过折射率的测定，可以测定物质的纯度。阿贝折射仪(也称阿贝折光仪)是根据光的全反射原理设计的仪器，它利用全反身临界角的测定方法测定未知物质的折光率，可定量地分析溶液中的某些成分，检验物质的纯度，是石油工业、油脂工业，制药工业，造漆工业、食品工业、日用化学工业，制糖工业和地质勘察等有关工厂，学校及研发单位不可缺少的常用设备之一。

阿贝折射仪的工作原理：当一束单色光从介质1进入密度不同的介质2时，光线在通过界面时改变了方向，这一现象称为光的折射，光的折射现象遵从折射定律：

$\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\β}}=\frac{n_2}{n_1}---\left(1\right)$

式中a为入射角，β为折射角n₁、n₂为交界面两侧两种介质的折射率。当光线从一种折射率小的介质1射入折射率大的介质2时(n₁＜n₂)，入射角一定大于折射角(a＞β)；当入射角增大时，折射角也增大，设当入射角a＝90°时，折射角为β₀，我们将此折射角称为临界角。因此，当在两种介质的界面上以不同角度射入光线时(入射角a从0°～90°)，光线经过折射率大的介质后，其折射角β≤β₀，其结果是大于临界角β₀的部分无光线通过，成为暗区；小于临界角的部分有光线通过，成为亮区。临界角成为了明暗分界线的位置，根据(1)式可得：

$n_1=n_2\frac{\sin {\mathrm{\β}}_0}{\sin \mathrm{\α}}=n_2\·\sin {\mathrm{\β}}_0---\left(2\right)$

因此，在固定一种介质时，临界折射角β₀的大小与被测物质的折射率是简单的函数关系，阿贝折射仪就是根据这个原理而设计的。

现有的数字阿贝折射仪，选择白炽灯或自然光作为光源，通过两块阿米西棱镜的相互转动来消除试样和折光棱镜所产生的色散，使不同颜色分散的光线，汇合成白光，这种白光相当于钠光源的光路。这种光路首先是结构复杂，光学元件繁多，繁多的光学元件导致仪器成本居高不下，光路调试困难，用户需要具备一定的专业技能才能够对仪器进行操作；其次现有的数字阿贝折射仪都采用阿米西棱镜消色散技术，每次测量时都要转动两块阿米西棱镜来消除色散，阿米西棱镜的光轴随着转动而偏离主光轴，从而改变黑白分界线的位置，最终影响仪器精度；第三个缺点是利用白光做光源，色散导致暗区到亮区的过渡过宽，使变化不锐，既影响仪器精度提高，也使仪器的功耗增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字阿贝折射仪，能够实现对各种物质折射率进行测量，测量时不需转动阿米西棱镜来消除色散，影响仪器精度，同时光路结构简单，光学元器件较少，造价便宜，易于操作。

技术方案

为了实现上述技术目的，本发明设计一种数字阿贝折射仪，包括LED光源、进光棱镜、折射棱镜、平面反射镜、干涉滤光片，望远瞄准***、分划板，角度数字转换器、微机***和显示器，所述进光棱镜安装在LED光源出射光路上，折射棱镜和进光棱镜固定装在一起组成样品安放口，折射棱镜出射光路上装有平面反射镜，平面反射镜出射光射入干涉滤光片，干涉滤光片出射光进入望远瞄准***物镜，望远瞄准***物镜成像位置上装有分划板，分划板与望远瞄准***物镜对应的另一侧装有望远瞄准***目镜，其特征在于：

所述平面反射镜固定装在角度数字转换器上，角度数字转换器受微机***控制，微机***连接有测量结果显示器。

所述LED光源发出波波长为589nm的单色黄光。

所述LED光源是由单个大功率单色LED发光二级管组成或小功率单色LED发光二级管阵列组成。

所述的干涉滤光片5的波长为589^±0.3nm，波长带宽为8nm。

有益效果

本发明提供的数字阿贝折射仪的测量光路结构简单、容易操作、装调方便、成本低。采用的LED光源具有发热少、能耗少，寿命可达100000小时的优点，提高了仪器整体的使用寿命。采用高性能干涉滤光片直接生成波长为589^±0.3nm的单色光，去掉了复杂的消色散装置，减少了转动部件，从而提高了仪器的准确度；整套光路封装在光路座内，实现了光路模块化，有助于仪器的小型化，提高了仪器的稳定性，使得数字阿贝折射仪重量轻、体积小、生产装配容易、制造成本低、测量范围大、操作简单。

附图说明

附图1是本发明的光路结构示意图。

其中，1、LED光源，2、进光棱镜，3、折射棱镜，4、平面反射镜，5、干涉滤光片，6、望远瞄准***，601、望远瞄准***物镜，602、望远瞄准***目镜，7、分划板，8、角度数字转换器，9、微机***，10、显示器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

如附图1所示，一种数字阿贝折射仪，包括LED光源1、进光棱镜2、折射棱镜3、平面反射镜4、干涉滤光片5，望远瞄准***6、分划板7，角度数字转换器8、微机***9和显示器10，所述进光棱镜2安装在LED光源1出射光路上，折射棱镜3和进光棱镜2固定装在一起组成样品安放口，折射棱镜3出射光路上装有平面反射镜4，平面反射镜4出射光射入干涉滤光片5，干涉滤光片5出射光进入望远瞄准***6物镜601，望远瞄准***6物镜601成像位置上装有分划板7，分划板7与望远瞄准***6物镜601对应的另一侧装有望远瞄准***6目镜602，其中，

所述平面反射镜4固定装在角度数字转换器8上，角度数字转换器8受微机***9控制，微机***9连接有测量结果显示器10。

所述LED光源1发出波波长为589nm的单色黄光。

所述LED光源1是由单个大功率单色LED发光二级管组成或小功率单色LED发光二级管阵列组成。

所述的干涉滤光片5的波长为589^±0.3nm，波长带宽为8nm。

以主波长为589nm的大功率黄色LED发光二极管组成的稳定的发光源为例，将样品放入折射棱镜3和进光棱镜2固定装在一起后组成的样品安放口，接通电源后，发光二极管发出的小角度发散单色光通过带磨砂面的进光棱镜2，形成为漫反射光源，光线在进光棱镜2和折射棱镜3之间重合面上样品溶液形成的薄液面上发生全反射现象，该折射棱镜3的折射率为1.77236，出光面的角度为60°，从折射棱镜3出射的平行光线经过平面反射镜4反射进入干涉滤光片5，该干涉滤光片5的波长为589nm，从干涉滤光片5出射的平行光线经望远瞄准***6物镜601成像在分划板7上形成有明暗分界线的图像，该望远瞄准***6物镜601的焦距为90mm，最后人们通过望远瞄准***6目镜602将分划板分界线和明暗分界线进行瞄准对齐，然后给予微机***9控制信号，微机***9控制角度数字转换器8得到临界角，通过棱镜的折光率，通过测定待测样品的临界角就能求得待测样品的折射率，微机***9最后把测量结果显示在显示器10液晶屏幕上。

本发明提供的数字阿贝折射仪的测量光路结构简单、容易操作、装调方便、成本低。采用的LED光源具有发热少、能耗少，寿命可达100000小时的优点，提高了仪器整体的使用寿命。采用高性能干涉滤光片直接生成波长为589^±0.3nm的单色光，去掉了复杂的消色散装置，减少了转动部件，从而提高了仪器的准确度；整套光路封装在光路座内，实现了光路模块化，有助于仪器的小型化，提高了仪器的稳定性，使得数字阿贝折射仪重量轻、体积小、生产装配容易、制造成本低、测量范围大、操作简单。

Claims (3)

1.一种数字阿贝折射仪，包括LED光源(1)、进光棱镜(2)、折射棱镜(3)、平面反射镜(4)、干涉滤光片(5)，望远瞄准***(6)、分划板(7)，角度数字转换器(8)、微机***(9)和显示器(10)，所述进光棱镜(2)安装在LED光源(1)出射光路上，折射棱镜(3)和进光棱镜(2)固定装在一起组成样品安放口，折射棱镜(3)出射光路上装有平面反射镜(4)，平面反射镜(4)出射光射入干涉滤光片(5)，干涉滤光片(5)出射光进入望远瞄准***(6)物镜(601)，望远瞄准***(6)物镜(601)成像位置上装有分划板(7)，分划板(7)与望远瞄准***(6)物镜(601)对应的另一侧装有望远瞄准***(6)目镜(602)，其特征在于：

所述平面反射镜(4)固定装在角度数字转换器(8)上，角度数字转换器(8)受微机***(9)控制，微机***(9)连接有测量结果显示器(10)；

所述LED光源(1)发出波波长为589nm的单色黄光。

2.如权力要求1所述的一种数字阿贝折射仪，其特征在于：所述LED光源(1)是由单个大功率单色LED发光二级管组成或小功率单色LED发光二级管阵列组成。

3.如权力要求1所述的一种数字阿贝折射仪，其特征在于：所述的干涉滤光片(5)的波长为589^±0.3nm，波长带宽为8nm。

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