DE3302089A1 - Faseroptische fluessigkeitsbrechzahl-messvorrichtung (refraktometer) - Google Patents

Faseroptische fluessigkeitsbrechzahl-messvorrichtung (refraktometer)

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Thomas Kersten Prof.Dipl.-Phys.Dr. 7803 Gundelfingen-Wildtal Ralf
Seshadri Dipl.-Phys.Dr. 7800 Freiburg Ramakrishnan
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
    • G01N21/431—Dip refractometers, e.g. using optical fibres

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Description

  • Faseroptische FlüssigkeitsbrechzahE-
  • Meßvorrichtung (Refraktometer) Die Erfindung betrifft eine faseroptische Brechzahl-Meßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle (Dauerbetrieb oder moduliert) zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter über einen Faserkoppler mit einem dritten mit seinem Ende in die zu messende Flüssigkeit eintauchenden Lichtwellenleiter verbunden sind.
  • Bei der faseroptischen Brechzahl-Meßvorrichtung handelt es sich um einen Reflexionssensor mit einem in eine Flüssigkeit (1) eintauchbaren Lichtwellenleiter (13), der an seinem vorderen tEnde (3) schräg oder konisch angeschliffen und poliert ist. Der Winkel zwischen der Längsachse des Lichtwellenleiters (13) und der Endfläche (3) ist kleiner oder gleich dem Winkel der Totalreflexion für die betreffende Faser (13) in Luft.
  • Wie man in Fig. 1 erkennt, wird in den Lichtwellenleiter (11) am ,oberen Ende das Licht einer geeigneten Quelle (z. B. Laserdiode im Puls- oder Dauerbetrieb) eingekoppelt. Uber den Faserkoppler (10) gelangt das Licht zur Endfläche (3) des Lichtwellenleiters (13). Der Anteil des an dieser Endfläche reflektierten Lichtes hängt vom umgebenden Medium (1) ab. Durch geeignete Formgebung der Endfläche wird erreicht, daß in Luft als umgebendes Medium Total reflexion auftritt und die Lichtleistung zum Detektor (9) gelangt.
  • Das eingespeiste Licht regt eine Vielzahl (einige Tausend) von Moden in den Lichtwellenleitern (11, 12) und (13) an. Die verschiedenen den Moden zuzuordnenden Strahlen bilden verschiedene Winkel mit der Endfläche (3). Wenn diese Endfläche (3) in eine Flüssigkeit (1) eintaucht, tritt dort Licht aus, weil die Voraussetzungen für die Totalreflexion für einige Moden fehlen, so daß die Intensität des mit Hilfe der Fotodiode (9) erfaßten Lichtes absinkt. Die Intensität des reflektierten Lichtes hängt von der Brechzahl der Flüssigkeit ab. In Fig. 2 ist die am Detektor (9) gemessene Lichtintensität gegen die entsprechende Brechzahl der Flüssigkeit dargestellt. Es zeigt sich ein lineares Verhalten.
  • Setzt man die oben erwähnten Halbleiterlichtemitter als Sendequelle ein, so wird die Brechzahl für das nahe Infrarot Spektrum bestimmt. In der Optik ist man jedoch an der Brechzahl im Sichtbaren bei bestimmten Wellenlängen interessiert. In diesem Fall kann eine Weißlichtquelle als Sender eingesetzt werden; die Wellenselektion erfolgt am Detektor durch geeignete optische Filter.
  • Da es sich um eine analoge Auswertung des Signals handelt, muß die Quelle stabil arbeiten. Hierzu kann ein geeigneter Regelkreis vorgesehen werden. Um die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung zu erhöhen, kann die elektronische Auswertung vorzugsweise nach dem Lock-ln-Verfahren erfolgen.
  • - Leerseite -

Claims (6)

  1. Faseroptische Flüssigkeitsbrechzahl-:Meßvorrichtung (Refraktometer) PATENTANSPRUCHE t Faseroptische Fliissigkeitsbrechzahl-Meßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle (6) zugeordneten Lichtwellenleiter (11) und einem zweiten einem Lichtdetektor (9) zugeordneten Lichtwellenleiter (12), wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter über einen Faserkoppler (10) mit einem dritten mit seinem Ende in den Behälter der zu messenden Flüssigkeit eintauchenden Lichtwellenleiter (13) verbunden sind.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) ein Halbleiterlaser oder eine Lumineszenzdiode ist, die im Dauerbetrieb, im Pulsbetrieb oder mit einer beliebigen Modulation arbeitet.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (3) konisch angeschliffen und poliert ist.
  4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (3) des Lichtwellenleiters (13) keilförmig angeschliffen und poliert ist.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Längsachse des Lichtwellenleiters (13) und der angeschliffenen Endfläche (3) kleiner oder gleich dem Winkel der Totalreflexion für den betreffenden Lichtwellenleiter (13) in Luft ist.
  6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) eine polychromatische Lichtquelle (z. B. Glühbirne) eingesetzt wird und vor den Detektor (3) ein Filterrad zur Selektion bestimmter Wellenlängen angebracht ist.
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