RU2011132274A

RU2011132274A - Способ измерения показателя преломления и устройство для его реализации

Info

Publication number: RU2011132274A
Application number: RU2011132274/28A
Authority: RU
Inventors: Максим Андреевич Симонов; Михаил Владимирович Греков; Сергей Александрович Васильев; Олег Игоревич Медведков; Евгений Михайлович Дианов; Алексей Владимирович Заренбин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника); Учреждение Российской академии наук Научный центр волоконной оптики РАН (НЦВО РАН)
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-10
Also published as: RU2506568C2

Abstract

1. Способ измерения показателя преломления, основанный на прецизионном измерении сигнала, отраженного от границы раздела измеряемой среды и зонда с показателем преломления выше показателя преломления измеряемой среды, где коэффициент отражения R зависит от эффективного показателя преломления щупа-зонда n1, а также от показателя преломления n2 измеряемой среды, в соответствии с формулой Френеля:при этом показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, в частности от температуры, плотности, фазового состояния, концентрации примесей или химического состава вещества.2. Устройство измерения показателя преломления состоящее из источника света 1, светораспределительной системы 2, фотодиодов 3 и 4, микроконтроллера или компьютера 5, по меньшей мере одного щупа-зонда 6, при этом: источник света 1, светораспределительная система 2, фотодиоды 3 и 4, по меньшей мере один щуп-зонд 6 соединены посредством волоконного световода, фотодиоды 3 и 4 соединены с микроконтроллером 5 или компьютером посредством электрических проводов.3. Устройство по по п.2, отличающееся тем, что источник света имеет высокую когерентность.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде волоконного лазера.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде полупроводникового лазера.6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде твердотельного лазера7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник света имеет низкую когере�

Claims

1. Способ измерения показателя преломления, основанный на прецизионном измерении сигнала, отраженного от границы раздела измеряемой среды и зонда с показателем преломления выше показателя преломления измеряемой среды, где коэффициент отражения R зависит от эффективного показателя преломления щупа-зонда n1, а также от показателя преломления n2 измеряемой среды, в соответствии с формулой Френеля:

при этом показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, в частности от температуры, плотности, фазового состояния, концентрации примесей или химического состава вещества.

2. Устройство измерения показателя преломления состоящее из источника света 1, светораспределительной системы 2, фотодиодов 3 и 4, микроконтроллера или компьютера 5, по меньшей мере одного щупа-зонда 6, при этом: источник света 1, светораспределительная система 2, фотодиоды 3 и 4, по меньшей мере один щуп-зонд 6 соединены посредством волоконного световода, фотодиоды 3 и 4 соединены с микроконтроллером 5 или компьютером посредством электрических проводов.

3. Устройство по по п.2, отличающееся тем, что источник света имеет высокую когерентность.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде волоконного лазера.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде полупроводникового лазера.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник, имеющий высокую когерентность, выполнен в виде твердотельного лазера

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник света имеет низкую когерентность.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник, имеющий низкую когерентность, выполнен в виде светодиода.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник света, имеющий низкую когерентность, выполнен в виде суперлюминесцентного диода.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник света, имеющий низкую когерентность, выполнен в виде лампы накаливания, излучение которой сфокусировано на торец волоконного световода.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник света, имеющий низкую когерентность, выполнен в виде газоразрядной лампы, излучение которой сфокусировано на торец волоконного световода.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что источник света, имеющий низкую когерентность, выполнен в виде люминесцентной лампы, излучение которой сфокусировано на торец волоконного световода.

13. Устройство по п.2, отличающееся тем, что светораспределительная система выполнена в виде, по меньшей мере, одного волоконно-оптического циркулятора, волоконного световода и, по меньшей мере, одного волоконно-оптического переключателя.

14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что светораспределительная система выполнена в виде, по меньшей мере, одного волоконно-оптического разветвителя, волоконного световода и, по меньшей мере, одного волоконно-оптического переключателя.

15. Устройство по п.2, отличающееся тем, что волоконо-оптические компоненты одномодовые.

16. Устройство по п.2, отличающееся тем, что волоконо-оптические компоненты многомодовые.

17. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оптические компоненты могут иметь длины волн в диапазонах 830-870 нм, 1270-1330 нм, 1500-1600 нм.

18. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд выполнен в виде торца волоконного световода с перпендикулярным сколом.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что волоконный световод вблизи торца с перпендикулярным сколом имеет конвертер поля моды, адиабатически расширяющий диаметр поля моды в направлении выходного торца.

20. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд выполнен в виде оптической системы с использованием волоконно-оптического коллиматора для расширения светового пучка, после которого располагается призма из материала с высоким показателем преломления и углами между основаниями, обеспечивающими попадание светового потока на границу двух сред перпендикулярно.

21. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд содержит телескопическую пару для удобства юстировки зонда.

22. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд выполнен в виде оптической системы с использованием керамической ферулы, выполняющей роль оправы световода, плоско-выпуклой линзы, плоская поверхность которой отклонена от перпендикуляра к основанию на угол, обеспечивающий исключение обратного отражения, имеющей выпуклую поверхность с радиусом кривизны, обеспечивающим попадание светового потока на границу раздела двух сред перпендикулярно.

23. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд выполнен в виде оптической системы с использованием плоско-выпуклой линзы для коллимации выходного пучка света и направления его перпендикулярно на границу раздела сред линза - измеряемое вещество.

24. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щуп-зонд содержит, по меньшей мере, один элемент, чувствительный к температуре.

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что чувствительный к температуре элемент выполнен в виде источника термо-ЭДС

26. Устройство по п.24, отличающееся тем, что чувствительный к температуре элемент выполнен в виде терморезистора

27. Устройство по п.24, отличающееся тем, что чувствительный к температуре элемент выполнен в виде волоконной решетки Брэгга.

28. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фотоприемники соединены с персональным компьютером посредством электронного интерфейса для последующей программной обработки сигнала.

29. Устройство по п.2, отличающееся тем, что компьютер обладает возможностью программной обработки и передачи информации о показателе преломления на экран прибора.