PL62152B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 20. I. 1971 62152 KI. 42 h, 36 MKP G 01 b, 13/12 UKD Twórca wynalazku: Jan Jasny Wlasciciel patentu: Centralne Laboratorium Optyki, Warszawa (Polska) Uklad optyczny do refraktometru fotoelektronicznego Przedmiotem wynalazku jest uklad optyczny do refraktometru fotoelektronicznego z impulsowym sygnalem swietlnym uzyskiwanym za pomoca wi¬ rujacego pryzmatu wielosciennego o podstawie wie- loboku foremnego.W znanych ukladach optycznych refraktometrów fotoelektronicznych pomiarowa wiazka swiatla na¬ chylana jest periodycznie za pomoca wirujacego pryzmatu lub zwierciadla wielosciennego, w wyniku czego zmienia sie kat padania wiazki na powierzch¬ nie graniczna pomiedzy pryzmatem pomiarowym a mierzona ciecza.Przy periodycznej zmianie kata padania powstaje impulsowy sygnal swietlny w wiazce odbitej, gdyz natezenie tej wiazki bedzie przez okreslony odci¬ nek czasu duze, a przez nastepny odcinek czasu — male. Odbita wiazka swietlna pada na czujnik fo- toelektryczny, który zamienia sygnal swietlny na sygnal elektryczny.Odpowiednio zaprojektowany uklad elektroniczny przetwarza impulsowy sygnal elektryczny na za¬ dany sygnal wyjsciowy, którego napiecie lub nate¬ zenie jest zalezne od stopnia wypelnienia sygnalu impulsowego, a wiec od wspólczynnika zalamania mierzonej cieczy.W refraktometrach tych bledy optyczne wprowa¬ dzane przez wirujacy pryzmat lub zwierciadlo wie¬ loscienne sa kompensowane za pomoca zlozonych ukladów soczewek. Najtrudniejsze do skompenso¬ wania sa: krzywizna pola widzenia wprowadzana 10 15 20 25 30 przez wirujacy element oraz wystepujace przy du¬ zych katach pola widzenia róznice w natezeniu wiazki padajacej. Wynikiem nieskompensowanej krzywizny pola jest nierównoleglosc wiazki pada¬ jacej wewnatrz pryzmatu pomiarowego, w zwiazku z czym przy przekroczeniu kata granicznego nate¬ zenie wiazki odbitej zmienia sie nie skokowo, lecz lagodnie. Obniza to dokladnosc i czulosc pomiaru.Spowodowane duzymi katami pola widzenia róznice natezenia wiazki padajacej powoduja znieksztalce¬ nia sygnalu swietlnego w wiazce odbitej. Wada ta utrudnia elektroniczne przetwarzanie sygnalu i pro¬ wadzi do skomplikowania ukladu elektronicznego.Znane sa równiez refraktometry o stosunkowo prostych ukladach optycznych, w których wyzej opisane bledy optyczne sa nieduze. Powazna wada tych refraktometrów jest maly zakres pomiarowy.Celem niniejszego wynalazku jest skonstruowanie prostego ukladu optycznego do refraktometru foto¬ elektronicznego, który kompensowalby zasadnicze bledy optyczne wprowadzone przez wirujacy pryz¬ mat wieloscienny, a jednoczesnie posiadalby duzy zakres pomiarowy.Cel ten osiagnieto dzieki temu, ze w ukladzie op¬ tycznym refraktometru fotoelektronicznego z im¬ pulsowym sygnalem swietlnym, skladajacym sie ze znanych elementów takich jak oswietlacz, szczelina, wirujacy wieloscienny pryzmat o podstawie wielo- boku foremnego, pryzmat pomiarowy w ksztalcie pólkuli oraz czujnik fotoelektryczny, zastosowano 621523 specjalny dobór i stosunek wymiarów poszczegól¬ nych elementów ukladu i wzajemnych odleglosci miedzy nimi zapewniajac tym równoleglosc wiazki swiatla padajacej wewnatrz pryzmatu pomiarowego.W ukladzie wedlug wynalazku oswietlona szczeli¬ na ustawiona jest w ognisku przedmiotowym pólku- listego pryzmatu pomiarowego, a stosunek odleg¬ losci miedzy równoleglymi scianami wirujacego pryzmatu o podstawie wieloboku foremnego do pro¬ mienia krzywizny pólkulistego pryzmatu pomiaro- - wego zapewnia wiazce swiatla wewnatrz pryzmatu pomiarowego zachowanie równoleglosci przy dowol¬ nym chwilowym polozeniu pryzmatu wirujacego.Czujnik fotoelektryczny umieszczony jest w zreni¬ cy wyjsciowej calego ukladu, znajdujacej sie w og¬ nisku obrazowym kuli utworzonej przez rozwiniecie pryzmatu pomiarowego.Uklad optyczny wedlug wynalazku jest przedsta¬ wiony w przykladzie wykonania na rysunku oraz opisany z podaniem przykladu parametrów kon¬ strukcyjnych. Uklad sklada sie z oswietlacza O, któ¬ ry stanowi zródlo swiatla i soczewke kondensorowa.Za oswietlaczem umieszczony jest wirujacy wie¬ loscienny pryzmat 1 w ksztalcie równolegloscianu o podstawie osmioboku foremnego, wykonany ze , szkla optycznego o wspólczynniku zalamania nA = = 1,5053. Odleglosc d miedzy przeciwleglymi scia¬ nami pryzmatu wynosi 30 mm.Przed wirujacym pryzmatem 1 umieszczona jest przyslona ze szczelina S, przez która pada swiatlo z oswietlacza O do wirujacego pryzmatu 1. Odleg¬ losc x miedzy szczelina S a zwrócona ku niej kra¬ wedzia wirujacego pryzmatu 1 wynosi 0,1 mm. Za wirujacym pryzmatem 1 usytuowany jest pomiaro¬ wy pryzmat 2 wykonany ze szkla o wspólczynniku zalamania n2 = 1,5053. Pryzmat ten wykonany jest w ksztalcie pólkuli o promieniu r = 29,65 mm.Z plaska powierzchnia graniczna pryzmatu pomia¬ rowego styka sie ciecz 3 o mierzonym wspólczynni¬ ku zalamania n3. Odleglosc ps miedzy szczelina S a powierzchnia kulista pryzmatu wynosi 68,77 mm.Za powierzchnia kulista pomiarowego pryzmatu 2 w odleglosci pz = 14,54 mm w zrenicy wyjsciowej Z ukladu optycznego umieszczony jest czujnik fotoelektryczny.Dzialanie ukladu optycznego refraktometru we¬ dlug wynalazku jest nastepujace. Oswietlona szczeli¬ na S refraktometru jest punktem wyjscia rozbieznej wiazki swietlnej, która pada na wirujacy pryzmat 1 ulegajac dwukrotnemu zalamaniu i tworzy urojony obraz szczeliny S w plaszczyznie obrazowej tego pryzmatu, która jest jednoczesnie plaszczyzna przed¬ miotowa pólkulistego pomiarowego pryzmatu 2. Wa¬ runek ten jest spelniony dzieki odpowiedniemu do¬ braniu odleglosci ps powierzchni kulistej pryzmatu pomiarowego 2 od szczeliny S.Urojony obraz szczeliny S na skutek ruchu obro¬ towego pryzmatu 1 wokól swojej osi symetrii, prze¬ suwa sie po linii krzywej. Jezeli promien r po¬ wierzchni kulistej pomiarowego pryzmatu 2 jest tak 62152 4 dobrany, ze jego pole przedmiotowe posiada krzy¬ wizne równa krzywiznie po której porusza sie obraz urojony szczeliny S, to rozbiezna wiazka swietlna wychodzaca z wirujacego pryzmatu 1 po wejsciu do 5 pryzmatu pomiarowego 2, jest zawsze wiazka rów¬ nolegla niezaleznie od chwilowego polozenia wiru¬ jacego pryzmatu 1. Wielkosc promienia r pryzmatu 2 zalezy scisle od odleglosci d pomiedzy przeciw¬ leglymi scianami pryzmatu 1 i od odleglosci pz po¬ lo miedzy powierzchnia kulista pryzmatu pomiarowego a zrenica Z.Wiazka równolegla pada na powierzchnie gra¬ niczna miedzy pryzmatem 2 i mierzona ciecza 3 pod katem, który zmienia sie periodycznie wokól 15 sredniej wartosci Ig. Wiazka odbita od powierzchni granicznej wychodzi z pryzmatu pomiarowego 2 i wpada do zrenicy wyjsciowej Z, w której znajduje sie czujnik fotoelektryczny.Jezeli zrenica Z znajduje sie w ognisku ukladu 20 optycznego utworzonego z wyjsciowego i wejscio¬ wego wycinka powierzchni kulistej a wiec w ognis¬ ku obrazowym kuli utworzonej przez optyczne roz¬ winiecie pólkulistego pryzmatu pomiarowego 2, wte¬ dy przesuniecie osi wiazki rozbieznej zachodzace po- 25 miedzy pryzmatami 1 i 2 na skutek obrotu pryz¬ matu 1 jest przesunieciem równoleglym. Przy tak zaprojektowanym ukladzie optycznym, wiazka pa¬ dajaca z oswietlacza O na szczeline S jest stala za¬ równo pod wzgledem polozenia osi jak i wielkosci 30 kata zbieznosci wiazki, co zapewnia niezmiennosc natezenia wiazki padajacej.Pryzmat wirujacy 1 ustawiony jest blisko szczeli¬ ny S tak, aby odleglosc x pomiedzy szczelina S a zwrócona ku niej krawedzia pryzmatu 1 byla ma- 35 la w chwili przejscia krawedzi przez os optyczna wiazki, co zapewnia skokowa zmiane natezenia wiazki odbitej w chwili przejscia z jednego sygnalu cyklu na drugi. 40 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad optyczny do refraktometru fotoelekiro¬ nicznego, z impulsowym sygnalem swietlnym, skladajacy sie z oswietlacza szczeliny, wiruja- 45 cego wielosciennego pryzmatu o podstawie wie¬ loboku foremnego, pomiarowego pryzmatu w ksztalcie pólkuli i czujnika fotoelektryczne- go, znamienny tym, ze szczelina (S) umieszczona jest w ognisku pomiarowego pryzmatu (2), a sto- 50 ¦ .. sunek odleglosci (d) miedzy równoleglymi scia¬ nami wirujacego pryzmatu (1) do promienia (r) powierzchni kulistej pryzmatu (2) zapewnia wiaz¬ ce swiatla wewnatrz pólkulistego pryzmatu (2) zachowanie równoleglosci przy dowolnym po- 55 lozeniu wirujacego pryzmatu (1).

2. Uklad optyczny wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze czujnik fotoelektryczny umieszczony jest w wyjsciowej zrenicy (Z) ukladu, znajdujacej sie w ognisku obrazowym kuli utworzonej przez 60 rozwiniecie pryzmatu pomiarowego (2).KI. 42 h, 36 62152 MKP G 01 b, 13/12 PL PL