DE3425715A1

DE3425715A1 - Refractometer

Info

Publication number: DE3425715A1
Application number: DE19843425715
Authority: DE
Inventors: Harald 1000 Berlin Drossel
Original assignee: Franz Schmidt and Haensch GmbH and Co
Current assignee: Franz Schmidt and Haensch GmbH and Co
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-01-16

Abstract

The invention relates to a refractometer for measuring the refractive index of liquids, having a light source conductor bent in the form of a U, into one limb of which the light of a light source is coupled and at the other limb of which the light transmitted via the light source conductor is measured. In order to facilitate the production of such a refractometer and to avoid measurement errors due to pollutants or the like, it is proposed that the light source conductor (1) is ground flat as far as the core (11) in the region of the U-shaped curve, and that the light source conductor comes into contact with the liquid to be measured only in the region of this ground part. <IMAGE>

Description

"REFRAKTOMETER""REFRACTOMETER"

Die Erfindung betrifft ein Refraktometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a refractometer according to the preamble of Claim 1.

Refraktometer sind in den chemischen Laboratorien vielfältig eingesetzte optische Präzisionsinstrumente.Refractometers are widely used in chemical laboratories precision optical instruments.

Mit der Entwicklung der faseroptischen Lichtwellenleiter - kürzer als Lichtleiter oder Lichtleitfaser bezeichnet - in jüngster Zeit eröffnen sich für die Refraktometerentwicklung neue Möglichkeiten. Eine faseroptische Maßeinrichtung zur Bestimmung des Berechungsindexes ist z.B. in der DE-PS 21 37 842 beschrieben. Hierbei wird die Messung des Berechnungsindexes auf die Messung des nach der Einwirkung des Brechungsindexes der Probe auf den Sensor empfangenen Lichtes zurückgeführt. Dieser Anordnungen haften für den praktischen Einsatz Mängel an.With the development of fiber optic light waveguides - shorter referred to as light guide or optical fiber - in recent times are opening up new possibilities for refractometer development. A fiber optic measuring device to determine the index of refraction is described e.g. in DE-PS 21 37 842. Here, the measurement of the index of calculation is based on the measurement of the after the action of the refractive index of the sample is traced back to the light received by the sensor. There are deficiencies in these arrangements for practical use.

Stabförmige Maßanordnungen zeigen eine erhebliche Abhängigkeit des Meßergebnisses von in der Probe enthaltenen Trübungen. Das ist vom Prinzip her gegeben, da alles an den Trübteilchen der Probe reflektierte Licht praktisch ungeschwächt wieder in den Lichtleiter eintreten kann und somit zum Meßempfänger gelangt.Rod-shaped arrangements of dimensions show a considerable dependency on the Measurement result of turbidity contained in the sample. The principle is given since all of the light reflected from the turbid particles in the sample is practically unattenuated can re-enter the light guide and thus reach the measuring receiver.

Vorgeschlagene Maßanordnungen mit einem U-förmig gebogenen Lichtleiter, der in die zu messende Flüssigkeit eintaucht, bringen in der praktischen Anwendung erhebliche Reinigungsprobleme mit sich, da ein so gebogener Meßfühler nur sehr schwer sauber gehalten werden kann, was speziell für die Innenseiten der Krümmung gilt.Suggested dimensional arrangements with a U-shaped curved light guide, which is immersed in the liquid to be measured bring in practical application considerable cleaning problems with it, since such a curved probe is very difficult can be kept clean, which is especially true for the insides of the curvature.

Bei allen Refraktometeranordnungen, die die Lichtmessung zur Bestimmung des Brechungsindexes benutzen, führt jede Verschmutzung der Oberfläche des Sensors zu Meßfehlern.With all refractometer arrangements that use the light measurement for determination Using the refractive index leads to any contamination of the surface of the sensor to measurement errors.

Weiter nachteilig ist, daß der Mantel im Bereich der Krümmung vom Kern abgeschält werden muß, was praktisch nur bei Lichtwellenleitern mit Plastikmantel möglich ist. Bei diesen Lichtleiterkonstruktionen besteht jedoch immer die Gefahr, daß Meßflüssigkeit zwischen Kern und Mantel eindringt und zu dauerhaft falschen Messungen führt.Another disadvantage is that the jacket in the area of curvature from Core has to be peeled off, which is practically only possible with fiber optic cables with a plastic jacket is possible. With these light guide constructions, however, there is always the risk of that measuring liquid penetrates between the core and the jacket and leads to permanently wrong Measurements leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Refraktometer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Herstellung in einfacher Weise erfolgen kann und daß Meßfehler durch Verunreinigungen oder dgl. vermieden werden.The object of the invention is to provide a refractometer of the type mentioned at the beginning Kind to train so that the production can be done in a simple manner and that Measurement errors due to contamination or the like can be avoided.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.This object is achieved according to the invention by means of the characteristics of claim 1 specified features.

Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferably further developments result from the subclaims.

Grundform des Refraktometers ist die U-förmig gebogene Version, bei der Licht in einen Schenkel eingestrahlt wird und das am anderen Schenkel austretende Licht gemessen wird. Um den Kern mit der Meßflüssigkeit in Verbindung zu bringen, wird der Mantel in einer Ebene bis auf den Kern weggeschliffen und der Kern noch mit angeschliffen, an der tiefsten Stelle vorteilhaft bis zur Mitte. Damit entsteht eine ebene Meßfläche, die dem wechselnden Einfluß des Brechungsindexes der Probe ausgesetzt werden kann, wodurch das Verhalten der Totalreflexion an dieser Fläche in Abhängigkeit vom Brechungsindex der Probe geändert wird, so daß Licht aus dem Lichtleiter in die Probe austreten kann. Dieser Lichtverlust kann am Empfangsschenkel des Lichtleiters gemessen werden und in den Brechungsindex der Probe umgesetzt werden.The basic shape of the refractometer is the U-shaped curved version, at the light is radiated into one leg and the light exiting on the other leg Light is measured. To bring the core into contact with the measuring liquid, the sheath is sanded off in one plane down to the core and the core still with sanded, at the deepest point advantageously up to the middle. This creates a flat measuring surface, the changing influence of the refractive index of the sample can be exposed, whereby the behavior of the total internal reflection on this surface is changed depending on the refractive index of the sample, so that light from the Light guide can exit into the sample. This loss of light can occur on the receiving leg of Light guide can be measured and converted into the refractive index of the sample.

Für diesen Aufbau eines Refraktometers eignen sich gut All-Glaslichtleiter, so daß das Problem des Eindringens von Probenflüssigkeit zwischen Kern und Mantel entfällt. Es kann somit ein dauerhaft stabiler Sonsor hergestellt werden.All-glass light guides are well suited for this construction of a refractometer, so that the problem of the penetration of sample liquid between the core and the cladding not applicable. A permanently stable sensor can thus be produced.

Die ebene, angeschliffene Meßfläche ist gut sauber zu halten. Verschmutzungen am nicht abgeschliffenen Teil des Mantels sind ohne Einfluß auf das Meßergebnis.The flat, ground measuring surface must be kept clean. Pollution on the non-abraded part of the jacket have no effect on the measurement result.

Eine praktische Ausführung des refraktometrischen Meß fühlers wird so aufgebaut sein, daß der Sonsor so in eine Fassung eingeklebt oder eingekittet wird, daß nur der eben angeschliffene Teil des Lichtleiters mit der Probe in Berührung kommen kann.A practical version of the refractometric measuring sensor is be constructed in such a way that the sensor is glued or cemented into a socket that only the part of the light guide that has just been ground is in contact with the sample can come.

Die Fertigung des Meßfühlers wird vorteilhafterweise so durchgeführt, daß der unverletzte, U-förmig gebogene Lichtwellenleiter in eine geeignete Fassung eingeklebt oder eingekittet wird und daß er erst dann in dieser Fassung abgeschliffen wird, so daß bei diesem Vorgang eine ebene Oberfläche des Sonsors entsteht, in die die Sensorfläche bündig eingearbeitet ist. Für diesen Sensor stellt die Reinigung kein Problem mehr dar.The production of the sensor is advantageously carried out in such a way that that the undamaged, U-shaped curved optical waveguide in a suitable socket is glued or cemented and that it is only then sanded off in this version is, so that in this process a flat surface of the sensor is created in which the sensor surface is incorporated flush. For this sensor is the cleaning no longer a problem.

Auch der U-förmige refraktometrische Sensor weist eine geringe Abhängigkeit des empfangenen Lichtes auch von Reflexionen und Trübungen in der zu messenden Flüssigkeit auf. Man kann daher diesen refraktometrischen Fühler mit einem Sensor kombinieren, dessen Ausgangssignal sehr stark von der Trübung abhängig ist, um damit den Meßwert des refraktometrischen Fühlers zu korrigieren. Als stark trübungsabhängiger Fühler eignet sich ein stabförmiger Lichtmit z.B. stumpfem, in die Flüssigkeit tauchenden Ende.The U-shaped refractometric sensor also shows little dependency of the received light also from reflections and turbidity in the liquid to be measured on. You can therefore combine this refractometric probe with a sensor, its output signal is very dependent on the turbidity is, in order to correct the measured value of the refractometric probe. As strongly dependent on turbidity A rod-shaped light with, for example, blunt light that is immersed in the liquid is suitable for the sensor End.

Diese Meßanordnung ist speziell dann als reiner Trübungsfühler einsetzbar, wenn der Lichtleiter nur in Achsrichtung Licht aussenden kann, d.h. wenn er als Monomode-Faser ausgebildet ist.This measuring arrangement can then be used as a pure turbidity sensor, if the light guide can only emit light in the axial direction, i.e. if it is used as a Single mode fiber is formed.

Gespeist werden kann der Trübungsfühler von derselben Lichtquelle wie der refraktometrische Fühler.The turbidity sensor can be fed by the same light source like the refractometric probe.

Dafür eignet sich z.B. eine Ulbricht'sche Kugel mit mehreren Öffnungen. Der Trübungsfühler kann aber auch mit einem Koppler und eigenen Lichtquelle aufgebaut werden.An integrating sphere with several openings is suitable for this. The turbidity sensor can also be built with a coupler and its own light source will.

Der Trübungssensor wird zweckmäßigerweise mit dem refraktometrischen Sensor in der gleichen Fassung verkittel bzw. verklebt; die Schleif- und Polierarbeiten werden kann in einem gemeinsamen Arbeitsgang durchgeführt.The turbidity sensor is best used with the refractometric Sensor cemented or glued in the same socket; the grinding and polishing work can be carried out in one joint operation.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt: Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines gemäß der Erfindung gestalteten Meßfühlers, Figur 2 den günstigen Aufbau eines Meßfühlers in einer geeigneten Fassung, wobei die praxisgerechte ebene Meßfläche sichtbar ist und Figur 3 den Aufbau eines Kombinationsfühlers mit refraktometrischem und trübungsempfindlichem Sensor.The invention is to be explained below with reference to the drawings. It shows: FIG. 1 the basic structure of one designed according to the invention Measuring sensor, Figure 2 shows the favorable structure of a measuring sensor in a suitable version, whereby the practical, flat measuring surface is visible and FIG. 3 shows the structure of a Combination sensor with refractometric and turbidity-sensitive sensor.

Die Figur 1 zeigt lediglich den schematischen Aufbau des Meßfühlers 1. Dieser besteht aus dem Kern 11, der von einem Mantel 12 umgeben ist.Figure 1 shows only the schematic structure of the sensor 1. This consists of the core 11, which is surrounded by a jacket 12.

Im Bereich des U-förmig gebogenen Teiles ist der Meßfühler plan geschliffen und zwar bis in den Kern 11 hinein. Der Anschliff, der mit 13 bezeichnet ist, bildet die Meßfläche.The sensor is ground flat in the area of the U-shaped bent part namely up into the core 11. The bevel, which is denoted by 13, forms the measuring surface.

In Figur 2 ist eine mögliche praktische Ausführung des Meßfühlers dargestellt. Hierbei ist der eigentliche Meßfühler 1, der wiederum aus dem Kern und dem Mantel besteht, in eine Fassung 2 eingesetzt. Diese kann aus Kunststoff, Glas oder Metall bestehen, wobei der Lichtleiter eingeschmolzen, eingekittet oder in anderer geeigneter Weise gehalten ist.In Figure 2 is a possible practical implementation of the sensor shown. Here is the actual sensor 1, which in turn comes from the core and the jacket is inserted into a socket 2. This can be made of plastic, There are glass or metal, with the light guide fused, cemented or is held in another suitable manner.

Die angeschliffene Fläche 13 ist wiederum mit 13 bezeichnet.The ground surface 13 is again designated by 13.

Das Bezugszeichen 21 soll der Halterung dienende Klebemasse symbolisieren.The reference symbol 21 is intended to symbolize adhesive used for the holder.

Figur 3 zeigt einen Refraktometeraufbau mit einem erfindungsgemäßen Meßfühlers 1.FIG. 3 shows a refractometer structure with one according to the invention Sensor 1.

Der Meßfühler 1 ist in eine Fassung 2 eingebettet.The measuring sensor 1 is embedded in a holder 2.

Der Schenkel des Meßfühlers 1 ist mit einer Ulbricht'schen Kugel 5 verbunden. Mit 53 ist die Lichtquelle der Kugel angedeutet. Die Helligkeit der Lichtquelle kann über einen Regelverstärker 55 verändert werden. Der andere Schenkel des Meßfühlers 1 ist an einen Fotoempfänger 61 angeschlossen. Die vom Empfänger aufgenommenen Signale werden nach der Verstärkung in einem Signalverstärker 62 einer Auswe-rteschaltung 63 zugeleitet. Über die erfolgt eine Anzeige z.B. digitaler Art bei 64.The leg of the measuring sensor 1 is provided with an integrating sphere 5 tied together. With 53 the light source of the ball is indicated. The brightness of the light source can be changed via a control amplifier 55. The other leg of the probe 1 is connected to a photo receiver 61. The signals picked up by the receiver are after amplification in a signal amplifier 62 of an evaluation circuit 63 forwarded. A Display e.g. digital at 64.

Wie eingangs erwähnt, hat die Trübe der Flüssigkeit einen Einfluß auf das Meßergebnis. Um diesen Fehler zu berücksichtigen, ist in der Fassung ein weiterer Fühler 4 -und zwar ein stabförmiger Fehler - vorgesehen. Dieser reicht an seinem einen, dem freien Ende, an oder in die Meßfläche. Dieses Ende ist im gezeigten Beispiel stumpf (41) ausgebildet.As mentioned at the beginning, the turbidity of the liquid has an influence on the measurement result. In order to take this error into account, a Another sensor 4 - namely a rod-shaped error - is provided. This is enough at its one, the free end, on or in the measuring surface. This ending is in the shown Example blunt (41) formed.

Es kann aber auch z.B. spitz oder keglig geformt sein.But it can also have a pointed or conical shape, for example.

Auf diese Weise kann die Meßfläche mit beiden Fühlern in einem Arbeitsgang geschliffen werden. Das andere Ende des Meßfühlers 4 ist an einen y-förmigen Koppler 42 angeschlossen. Der Zweig des Kopplers 42 ist mit der Ulbricht'schen Kugel 5 verbunden, während der andere Zweig an einem Fotoempfänger 65 angeschlossen ist.In this way, the measuring surface can be used with both sensors in one operation be sanded. The other end of the probe 4 is connected to a Y-shaped coupler 42 connected. The branch of the coupler 42 is connected to the integrating sphere 5, while the other branch is connected to a photo receiver 65.

Die Signale dieses Empfängers 65 wurden durch den Verstärker 66 verstärkt und dann der Auswerteschaltung 63 zugeleitet, so daß ein Korrektursignal 67 bei der Anzeige 64 berücksichtigt wird.The signals from this receiver 65 were amplified by the amplifier 66 and then fed to the evaluation circuit 63, so that a correction signal 67 at the display 64 is taken into account.

Claims

Claims 1. Refractometer for measuring the refractive index of liquids with a U-shaped curved optical waveguide, in one leg of which the light is transmitted a light source is coupled and on the other leg through the Optical waveguide transmitted light is measured, characterized in that the Optical fiber (1) in the area of the U-shaped curvature into the core (11) is evenly ground, and that the optical waveguide is only in the area of this bevel comes into contact with the liquid to be measured.

2. Refractometer according to claim 1, characterized in that the Light source is operated intermittently and the received signal is correlated with it can be evaluated.

3. Refractometer according to claim 1 or 5, characterized in that the light source a yellow or green glowing light emitting diode (LED) without optical filter is.

4. Refractometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the light source, the exit opening of an integrating sphere (5) and the The luminance of the sphere can be kept constant via a control circuit.

5. Refractometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that that in addition to the U-shaped sensor (1) a second, rod-shaped optical fiber sensor (4) is present, into which the light can be fed via a coupler (42) the other branch of which the reflected light can be measured, and that which is obtained from it Signal (67) used to correct the signal obtained with the U-shaped sensor will.

6. Refractometer according to claim 5, characterized in that the additional rod-shaped sensor consists of a single-mode fiber.

7. Refrectometer according to claims 5 or 6, characterized in that that the two sensors have a separate light source.

8. Refractometer according to claim 5, characterized in that the free end of the rod-shaped sensor (4) is blunt and that this is blunt End (41) forms part of the measuring surface (13).