CN205404404U - 新型折射率测量演示仪 - Google Patents

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胡彦超
李玉玲
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胡彦超
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Abstract

本实用新型公开了一种新型折射率测量演示仪,包括载物台组件、齿条轴伞架动臂组和光线发射与检测组件;所述载物台组件包括载物台和置于所述载物台上的可封闭砚台式样品槽;所述齿条轴伞架动臂组包括主轴和两个动臂,所述主轴和两个动臂分别铰接设置,所述主轴和两个动臂之间分别铰接设置有支撑杆,所述主轴上安装有驱动所述支撑杆的一端沿主轴的轴线方向移动的旋钮,所述支撑杆的另一端驱使两个动臂同步张开或闭合。本实用新型能够简便地测量透明半透明的固体、液体和气体介质的折射率,可以方便地演示全反射原理和布儒斯特角原理,实验精度高,操作使用方便。

Description

新型折射率测量演示仪
技术领域
本实用新型涉及实验仪器技术领域,具体涉及一种新型折射率测量演示仪。
背景技术
折射率是物质的重要光学参数之一,借助折射率可以了解物质的光学性能、纯度、浓度以及色散等性质,其他的一些参数(如热光系数)也于折射率密切相关,在化工、医药、食品、石油等工业部门及高校实验中,经常要测定一些固体、液体和气体的折射率和浓度。但是目前还没有一种仪器可以实现将固体、液体和气体的测量结合在一套实验仪器上,并且实现测量介质折射率的范围不受限的功能。在实际高校教学中,更是缺乏对“全反射”和“布儒斯特角”联合演示的实验器材。。
经过查阅大量资料和咨询相关人员,发现学校没有相关实验项目的原因:
1、现有折射率测量方法大概有三类。(1)以“插针法”为代表的实验,这类实验过于简单,仅适合于初中高中的教学演示;(2)以“阿贝折射仪”为代表的实验,这类实验属于工业应用型仪器,仪器全封闭式运行,对学生的动手能力和对知识点的掌握能力帮助不大;(3)以“光拍法”为代表的实验,这类实验对学习者的知识储备、实验的器材、操作步骤的要求,已经超出了大学生的能力范围。
2、现有的实验,局限性大。折射率测量范围受到限制,固体、液体和气体的测量不能使用一套实验仪器与方法完成,造成了实验器材冗杂等颇多问题。
因此,有一套能够结合大学生现有的知识储备与能力、能够提高大学生理论与实际相结合的能力和动手能力、弥补高校实验在“折射率”方面的空缺的实验仪器尤为重要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够简便地测量透明半透明的固体、液体和气体介质的折射率,可以演示全反射原理和布儒斯特角原理的新型折射率测量演示仪。
为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:
新型折射率测量演示仪,用于演示全反射原理和布儒斯特角原理,包括:
载物台组件,所述载物台组件包括载物台和置于所述载物台上的可封闭砚台式样品槽;
齿条轴伞架动臂组,设置于所述载物台组件的底部,所述齿条轴伞架动臂组包括主轴和两个动臂,所述主轴和两个动臂分别铰接设置,所述主轴和两个动臂之间分别铰接设置有支撑杆,所述主轴上安装有驱动所述支撑杆的一端沿主轴的轴线方向移动的旋钮,所述支撑杆的另一端驱使两个动臂同步张开或闭合;
光线发射与检测组件,包括安装于其中之一动臂端部的光线发射模块和安装于另一动臂端部的检测模块。
其中,所述可封闭砚台式样品槽包括透明的圆饼状本体,所述圆饼状本体的上端面内凹设有半圆状凹槽。
其中,所述光线发射模块为半导体激光器。所述检测模块为承光屏、光电探测器或检偏镜。
作为优选,两个所述动臂上分别设置有两个游标,且所述游标分布于所述载物台的外周侧。
作为优选,所述载物台和所述可封闭砚台式样品槽的外周分别均布有刻度线。
本实用新型通过采用上述技术方案,与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)采用光学可封闭砚台式透明且已知折射率的样品槽,可以顺利地完成透明半透明介质的固体、液体和气体的折射率的测量,进一步的改进,可以完成气体的测量。
(2)采用齿条轴伞架撑杆结构的动臂组,实现了动臂同步开合和精准控制开合角度的实验目的。
(3)合并了“全反射”和“布儒斯特角”这两个实验在一套实验器材上,相互结合,互相验证,提高了待测样品的测量精度,也突破了折射率测量中的范围限制,增大了仪器的功能范围,降低了实验器材成本。
(4)在实际高校教学中,改进了“分光计”试验中的“双游标读数”为“四游标读数”,再次提高了实验的精度。并且与动臂末端的配重块相结合,消除实验产生的偏心差。若应用在工业中,则可采用光电探测传感器连接计算机,由计算机记录连续的角度和光强变化数值,从而求取更加精确的实验数据,自动计算并显示最终折射率测量结果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释,并不限定本实用新型的范围。其中:
图1是本实用新型实施例的主视结构示意图;
图2是本实用新型实施例的俯视结构示意图;
图3是可封闭砚台式样品槽的结构示意图。
图中:11-载物台;12-可封闭砚台式样品槽;121-圆饼状本体;122-半圆状凹槽;21-主轴;22、23-动臂;24-支撑杆;25-旋钮;26-游标;31-半导体激光器;32-黑屏;33-检偏镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步阐述本实用新型。
如图1至图3所示,新型折射率测量演示仪,可以用于演示全反射原理和布儒斯特角原理,其包括:
载物台组件,所述载物台组件包括载物台11和置于所述载物台11上的可封闭砚台式样品槽12;
齿条轴伞架动臂组,设置于所述载物台组件的底部,所述齿条轴伞架动臂组包括主轴21和两个动臂22、23,所述主轴21和两个动臂22、23分别铰接设置,所述主轴21和两个动臂22、23之间分别铰接设置有支撑杆24,所述主轴21上安装有驱动所述支撑杆24的一端沿主轴21的轴线方向移动的旋钮25,所述支撑杆24的另一端驱使两个动臂22、23同步张开或闭合;
光线发射与检测组件,包括安装于其中之一动臂22端部的光线发射模块和安装于另一动臂端部23的检测模块。
其中,所述可封闭砚台式样品槽12包括透明的圆饼状本体121,所述圆饼状本体121的上端面内凹设有半圆状凹槽122,可以采用新型材料亚克力制作,降低了主要仪器器件的制作难度和器材成本。
其中,所述光线发射模块可以采用半导体激光器31。半导体激光器价格低廉,发出的激光为自然偏振光,能够满足实验要求。最好选用绿色激光,原因是人眼在光线较暗的环境中对绿色比红色更敏感,而且绿色激光束不易受外部环境干扰,增强了实验的抗干扰能力。
因为这一套实验仪器要进行“全反射”和“布儒斯特角”这两个实验,所以选用两件不同的检测装置。全反射实验中,无论反射光还是折射光都自然光,无偏振态,所以采取廉价的黑屏32(即承光屏)检测反射光或者采用精度更高的光电探测器,降低了作品成本的同时提高了精度;布儒斯特角的实验中,由于反射光是偏振度高的线偏振光,所以采用检偏镜33和黑屏32或者检偏镜和光电探测的这两种组合。
本实用新型通过齿条轴伞架动臂组实现了两个动臂的同步开合,主轴充当固定的入射反射光线的法线位置。动臂22与动臂23的两端一个固定半导体激光器,另一个固定黑屏或者光电探测器或者检偏器。根据大范围介质折射率统计,入射角和反射角,也就是动臂22和动臂23与主轴21的夹角无需达到0°和90°边界角范围内,中间区域范围的移动就可以满足实验需要。
载物台11内侧画有与可封闭砚台式样品槽12的直径相等的圆弧刻线,用于校准放置位置,四周是360°的均匀刻线,用于角度测量;两个所述动臂22、23上分别设置有两个游标26,且所述游标26分布于所述载物台11的外周侧。将小游标与两条动臂固定在一起,在载物台刻度盘的外围边缘转动。采用“四游标读数”,利于消除仪器的偏心差,提高实验读数和角度测量准确性。
具体操作步骤如下:
1)将可封闭砚台式样品槽12放置在载物台11上,并根据载物台11上的刻度线和砚台样品槽底面的刻度线校正对齐后,将主轴上旋钮旋至最外端,作为实验的初始位置。
2)调整动臂上的激光器,使激光器发出的光线,与砚台柱体的侧面垂直。调整好后,关闭激光器。
3)将待测介质放入样品槽中,待测固体介质需要贴紧样品槽平直壁,待测液体需要填满样品槽至少3/4以上,待测气体则要完全充满气室。
4)打开激光器,将主轴上的旋钮慢慢向前旋转,推动主动臂渐渐展开,增大入射角度。
5)发生“全反射”现象,即发现折射光消失时,立即停止,读出角度;当折射动臂上的检偏镜和黑屏,出现消光现象,即布儒斯特角,读出角度。
6)根据双游标读数原理和公式“n2=n1sinθ1”,计算全反射实验测量的折射率值;根据“n2=n1tanθ2”,计算布儒斯特角实验测量的折射率值。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.新型折射率测量演示仪,用于演示全反射原理和布儒斯特角原理,其特征在于,包括:
载物台组件,所述载物台组件包括载物台和置于所述载物台上的可封闭砚台式样品槽;
齿条轴伞架动臂组,设置于所述载物台组件的底部,所述齿条轴伞架动臂组包括主轴和两个动臂,所述主轴和两个动臂分别铰接设置,所述主轴和两个动臂之间分别铰接设置有支撑杆,所述主轴上安装有驱动所述支撑杆的一端沿主轴的轴线方向移动的旋钮,所述支撑杆的另一端驱使两个动臂同步张开或闭合;
光线发射与检测组件,包括安装于其中之一动臂端部的光线发射模块和安装于另一动臂端部的检测模块。
2.如权利要求1所述的新型折射率测量演示仪,其特征在于:所述可封闭砚台式样品槽包括透明的圆饼状本体,所述圆饼状本体的上端面内凹设有半圆状凹槽。
3.如权利要求1所述的新型折射率测量演示仪,其特征在于:所述光线发射模块为半导体激光器。
4.如权利要求1所述的新型折射率测量演示仪,其特征在于:所述检测模块为承光屏、光电探测器或检偏镜。
5.如权利要求1所述的新型折射率测量演示仪,其特征在于:两个所述动臂上分别设置有两个游标,且所述游标分布于所述载物台的外周侧。
6.如权利要求1至5任一项所述的新型折射率测量演示仪,其特征在于:所述载物台和所述可封闭砚台式样品槽的外周分别均布有刻度线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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