SU1332199A1 - Рефрактометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерени  показател  преломлени  жидких сред. Цель изобретени  - повышение точности измерени  показателей преломлени  жидких сред. Рефрактометр снабжен чувствительным элементом в виде фокона, механизмом перемещени  и измерителем перемещени . Измерение показател  преломлени  производитс  перемещением фокона до достижени  сигналом на его выходе некоторой данной величины и измерением этого перемещени . 1 ил. (Л с 00 00 кэ со :о

Description

1,- 1

Изобретение относитс  к технике измерени  показател  преломлени  жидких сред.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  показател  преломлени .

На чертеже изображена схема рефрактометра .

Рефрактометр содержит источник 1 излучени , подвод щий излучение световод 2, чувствительный элемент - фо кон 3, отвод щий излучение световод 4, фотоприемник 5, измеритель 6 сиг- , нала (тока) фотоприемника, механизм перемещени  чувствительного элемента , включающий узел 7 креплени  фо- кона, закрепленный жестко на координатном столике 8, вертикально перемещающимс  с помощью микрометрическог винта 9, позвол ющего ос тдествл ть плавные микроперемещени  и  вл ющегос  одновременно измерителем перемещени , В случае -необходимости очень точного измерени  показател  прелом- лени  (ПП) в устройство может быть включен интерференционный измеритель 10 перемещени , позвол ющий точ но измерить перемещен и  координатног столика 8.

Рефрактометр работает следующим образом.

До начала измерени  производитс  градуировка измерител  9 или 10 перемещений в единицах ПП. Дл  этого кю-

вету, внутри которой устанавливают фокон 3, заполн ют эталонными жидкост ми с известными значени ми ПП, наход щихс  в диапазоне П (где П

минимальный и максимальньм ПП жидкости ) , и перемещают фокон вверх из полностью погруженного состо ни  до глубины погружени , при которой ток фотодиода начинает возрастать и пре- вышает наименьшее значение на некоторую заданную величину, именуемую далее номинальным током фотодиода 1. Это позвол ет производить точное перемещение и установку глубины погру- женил фокона, а значит и точное измерение ПП жидкости П,,.

В исходном состо нии до помещени  фокона 3 в жидкость он находитс  на воздухе. При этом оптический сигнал, поступающий от источника через световод 2, фокон 3 и световод 4 к фото- ,приемнику 5, имеет наибольшую величину , что фиксируетс  измерителем 6.

-гт

мин макс мин . соответственно

992

Далее фокон полностью погружают в жидкость, при этом показани  измерител  6 минимальные.

Дл  измерени  ПП контролируемой жидкости фокон 3, закрепленный в держателе 7, перемешдют микрометрическим винтом 9 вместе с координатным столиком 8 вверх до тех пор, пока не начнет возрастать ток фотодиода и показани  измерител  6 не станут соответствовать 1ц. После этого.перемещение столика прекращают и по микрометру 9 или измерителю 10 определ ют величину ПП контролируемой жидкости.

При изменении ПП жидкости П,, например , в случае ее нагрева перемещение столика 8 производитс  до тех пор, пока показани  измерител  6 не станут соответствовать 1ц. По шкалам измерителей 9 или 10 определ ют абсолютное значение ПП 11.

В основу рефрактометра положено  вление зависимости коэффициента передачи К - светОпропускани  фокона от показател  преломлени  жидкости и глубины его погружени  в жидкость. Фокон представл ет собой световод монотонно-переменного сечени  (усеченный конус, имеющий большее и меньшее основани ), образующа  которого пр ма  лини . Фокон обладает тем свойством, что апертурный угол лучей к оси фокона, вводимых со стороны большего основани , увеличиваетс  при прохождении через фокон. При увеличе НИИ ПП среды П;, (исходно фокон на- ходилс  в воздухе Пср 1) дл  части лучей нарушаетс  условие полного внутреннего отражени  и они покидают фокон , выход  через боковую поверх- ность, причем высвечивание лучей начинаетс  с части боковой поверхности, прилежащей к меньшему основанию фокона , так как здесь углы лучей к оси больше, чем у большего основани . При этом уменьшаетс  коэффициент передачи К фокона. Если участок фокона со стороны меньшего основани , где начинаетс  высвеч1-тание лучей, выт нуть из среды с ПП Пер и поместить в воздух с ПП П с.р 1 , то величина К не изменитс . Дл  сохранени  К посто нным необходимо по мере увеличени  все более выт гивать фокон из среды

в воздух.

1 Согласно инварианту Штраубел  дл 

того, чтобы через фокон, выполненный из материала с ПП П и наход щийс  в

13321

среде с ПП П,., прошли все лучи, наибольший апертурный угол у большего основани  фокона которых в , необходимо , чтобы

Ё2. - д, J, (.чг

d, sinCei -0) 1 П/

маис

dj d2

2d 10

d, d - диаметры большего и меньшего торцов фокона б| - критический угол лучей в

световоде посто нного сечени , образованного материалом с ПП П и

средой с ПП П

ср

Если фокон с обеих сторон соединен световодами, ПП сердцевины которых П, а ПП оболочки П, то

- Ф) .

угол конусности фокона, который представл ет собой половину угла при вершине конуса, образующегос  при продолжении фокона в сторону меньшего основани  (d - 0); Длина рабочего участка фокона.

При увеличении ПП среды до П через фокон проходит только та часть лучей, дл  которых выполн етс  условие полного внутреннего отражени . Наибольша  апертура этих лучей на входе Sg определ етс  выражением

sin е

в. Sin(& ;;-0),

к

где 1 - (п) критический

м

угол лучей в световоде посто нного сечени , образованного материалом с ПП П,.

Дл  определени  коэффициентов передачи фокона (отношение мощности, прошедшей через фокон, к мощности, . вводимой в него) в зависимости от величины 1 (1 - длина части фокона, помещенна  в среду с ПП и отсчитываема  от большего сечени ) применим метод модово-лучевой эквивалентности. На основе этого метода дл  изотропного возбуждени  фокона получаетс  выражение

(1 I 22 liEllL® c I).l (1)

9с J Из выражени  (1) следует, что при посто нной глубине погружени  фокона

99

в контролируемую жидкость при изменении П, т.е. , величина К также мен етс . Дл  поддержани  К посто нным , например, при увеличении П,, необходимо уменьшать величину 1. При полностью погруженном фоконе в жидкость с ПП в диапазоне П,,, „о,

d|

К К TJ-. Дл  К -всегда выполн етс  условие 17 К . Анализ выражени  (1) показывает, что дл  обеспечени  наибольшего изменени  оптического сигнала на выходе фокона при его постепенном до полного погружени  в жидкость, начина  с большего основани , т.е. дл  лучшего использовани  фокона и обеспечени  наиболее широкого диапазона измер емых ПП необходимо , чтобы

25

0

5

0

0

R

в противном случае устройство имеет зону нечувствительности.

Из выражени  (1) следует, что глубина погружени  фокона, при которой К const в случае изменени  П., т.е. в J определ етс 

1 ()2 . 2d

Таким образом, 1  вл етс  функцией П,.

Claims (1)

1. Установление фокона перпендикул рно к границе раздела жидкость - возг, дух обеспечивает высокую точность установки посто нного сигнала на выходе фотодиода при перемещении фокона в строгом соответствии с изменением П.,. Форма и параметры фокона могут обеспечиватьс  при его изготовлении, например, методом выт гивани  существующих световодов типа кварц-полимер диаметром d после удалени  полимерных покрытий и нагрева материала в световодах до температуры разм гчени , а также специальной отливкой. В последнем случае фокон может выполн тьс  с большими поперечными размерами , при этом свет к нему можно подводить и отводить с помощью световод- ных жгутов. Формула изобретений

   Рефрактометр, содержащий источник излучени , световод дл  ввода иэлучени 

   1

   , кювету дл  исследуемой жидкости

   чувствительный элемент в виде фокона размещенньй в кювете, световод дл  вывода излучени  и фотоприемник, о т личающийс  тем, что, с це- лью повышени  точности измерени  показател  преломлени , в него введен механизм перемещени  фокона с измерителем перемещени , при этом оптичес- ка  ось фокона перпендикул рна основанию кюветы, а его широкий торец обращен к нему, причем угол d- конусности фокона выбираетс  из услови 

   l (DjJi«Jl.)2

   nt

   с

   99

   шению

   а диаметры большего d и меньшего d торцов фокона удовлетвор ют соотно-

   d,/d,

   sin 0с

   iT - (1/п,)2

   шению

   где П - показатель преломлени  материала фокона-,

   П мин минимальньш показатель преломлени  из диапазона контролируемых сред с апертурный угол излучени , проход щего через широкий торец фокона.

   Редактор И.Шулла

   Составитель С.Голубев

   Техред;М.Ходанич Корректор А.Обручар

   Заказ 3825/39Тираж 776Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4