RU2029942C1 - Способ измерения показателя преломления - Google Patents
Способ измерения показателя преломления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029942C1 RU2029942C1 SU5061748A RU2029942C1 RU 2029942 C1 RU2029942 C1 RU 2029942C1 SU 5061748 A SU5061748 A SU 5061748A RU 2029942 C1 RU2029942 C1 RU 2029942C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refractive index
- vessel
- tank
- medium
- interface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Использование: в измерительной технике, для определения показателя преломления жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним a и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nc освещают последний световым пучком, который ограничивают, и регистрируют границу светотени. Пучок лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, ограничивают на входе последнего на расстоянии, меньшем a/2 и большем nc· a/2 относительно плоскости отсчета. Регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению, на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды. При условии nср< nc показатель преломления среды определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения показателя преломления жидких и газообразных сред, в частности, в системах автоматизированного контроля и управления производством.
В настоящее время одной из важных задач является автоматизированный контроль показателя преломления в процессе производства ряда продуктов потребления, например продуктов нефтепереработки, сахарного производства и др. Известные в настоящее время способы и средства измерения показателя преломления жидких и газообразных веществ не позволяют точно и надежно осуществить указанные измерения для непрозрачных (мутных, загрязненных) сред.
Известен способ измерения показателя преломления, включающий разделение монохроматического поляризованного света на два пучка, их пропускание через эталонное и исследуемое вещества, помещенные соответственно в эталонную и рабочую кюветы, сведение обоих пучков света и определение показателя преломления по положению экстремумов характерной картины взаимодействующих пучков [1].
Недостатками этого способа являются сложность технической реализации, связанная с обеспечением точности конструктивных параметров эталонной и исследуемой кювет, значения которых входят в математическую формулу для определения показателя преломления исследуемого вещества, а также низкое быстродействие, обусловленное, в частности, проведением операции смещения верхней полуплоскости в эталонной кювете и измерением этого смещения.
Известен также способ измерения показателя преломления, включающий регистрацию положения границы светотени, образующейся при полном внутреннем отражении на освещаемой монохроматическим пучком лучей границе раздела эталонной и исследуемой сред, поляризацию и модуляцию отраженного от границы раздела пучка лучей, изменение азимута линейно поляризованного излучения части пучка отраженных лучей, а изменение показателя преломления определяют по изменению азимута плоскости поляризации [2].
Недостатками этого способа являются недостаточные надежность и быстродействие, обусловленные наличием подвижных механических узлов и временем, необходимым для изменения азимута, плоскости поляризации и анализа измененного состояния.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения показателя преломления жидкости [3], по которому исследуемую жидкость помещают в цилиндрическую кювету с известными внутренним а и внешним b диаметрами и показателем преломления ncматериала стенок кюветы, освещают кювету рассеянным световым пучком, который ограничивают симметрично плоскости, проходящей через ось кюветы и линию регистрации, и измеряют расстояния между границами света и тени в распределении интенсивности. Из прошедшего кювету излучения формируют пучок параллельных лучей, а показатель преломления исследуемой среды вычисляют по формуле.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что в описанном способе светотехнические характеристики среды (мутность, загрязненность) существенно влияют на точность измерения показателя преломления. Так, при высоких показателях непрозрачности граница света - тени, которую измеряют при реализации способа, размывается, что существенно сказывается на точность определения показателя преломления.
Изобретение решает задачу повышения точности измерения показателя преломления жидких и газообразных сред, включая непрозрачные среды.
Задача решена тем, что по способу измерения показателя преломления среды nср. , по которому исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним а и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nc, освещают последний световым пучком, который ограничивают на входе в сосуд, и регистрируют границу светотени, сосуд освещают пучком лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, пучок ограничивают на расстоянии, меньшем a/2 и большем nc . a/2 относительно плоскости отсчета, регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды, а показатель преломления среды при условии nср < nc определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета.
Дополнительным условием является выбор соотношения между внутренним a и внешним b диаметрами кюветы из условия b > nc˙ a.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - зависимость углов выхода лучей, прошедших через кювету (сосуд) с исследуемой средой, от координат входа их в кювету параллельно плоскости отсчета для различных значений показателя преломления исследуемых сред.
Устройство, реализующее способ, содержит оптически связанные источник 1 излучения, коллиматор 2, ограничители 3 и 4, два края которых расположены соответственно на расстоянии a/2 и nc .a/2 от плоскости отсчета, цилиндрическую кювету 5, ось которой параллельна краям ограничителей 3 и 4 и лежит в плоскости отсчета, фотоприемник 6 и блок 7 регистрации, вход которого подключен к выходу фотоприемника 6.
Способ осуществляется следующим образом.
Исследуемую среду помещают в цилиндрическую кювету 5. Световым потоком от источника 1 излучения, прошедщим коллиматор 2 и щель между ограничителями 3 и 4, облучают цилиндрическую кювету 5. Фотоприемником 6 фиксируют граничное положение лучей, прошедших через стенки кюветы 5 и испытавших явление полного внутреннего отражения на границе исследуемой среды и внутренней стенки цилиндрической кюветы 5, и преобразуют оптическое изображение в электрический сигнал. Блок 7 регистрации по положению границы света и тени в соответствии с градуировочной таблицей вычисляет значение показателя преломления исследуемой среды.
На фиг. 2 приведены графики зависимости углов выхода лучей, прошедших через кювету 5 с исследуемой средой, от координат входа их в кювету 5 параллельно плоскости отсчета для различных значений показателя преломления. Отсчет координат входа каждого луча и значения угла выхода соответствующего луча производят от плоскости отсчета, проходящей через источник 1 излучения, ось кюветы 5 и фотоприемник 6. При этом отсчет против часовой стрелки принимают со знаком "+" и по часовой - со знаком "-".
Углы выхода лучей, прошедших через прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой средой, связаны с координатами входа в кювету 5 лучей, параллельных плоскости отсчета, зависимостями, вытекающими из формул
θ1=2arcsin - arcsin + arcsin - arcsin; (1)
θ2=2arcsin - arcsin + arcsin - 1; (2)
θ3= 2arcsin - arcsin , (3) где θ1 - угол выхода лучей, прошедших через две стенки кюветы 5 и исследуемую среду ( кривые 8, 9 10 и 11,12, 13 на фиг. 2);
θ2 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5 и испытавших явление полного внутреннего отражения на границе стенок кюветы 5 и исследуемой среды (кривые 14 и 15 на фиг. 2);
θ3 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5, не касаясь исследуемой среды (кривые 16 и 17 на фиг. 2);
r и R - внутренний и внешний радиусы кюветы 5;
х - координаты входа лучей относительно плоскости отсчета.
θ1=2arcsin - arcsin + arcsin - arcsin; (1)
θ2=2arcsin - arcsin + arcsin - 1; (2)
θ3= 2arcsin - arcsin , (3) где θ1 - угол выхода лучей, прошедших через две стенки кюветы 5 и исследуемую среду ( кривые 8, 9 10 и 11,12, 13 на фиг. 2);
θ2 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5 и испытавших явление полного внутреннего отражения на границе стенок кюветы 5 и исследуемой среды (кривые 14 и 15 на фиг. 2);
θ3 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5, не касаясь исследуемой среды (кривые 16 и 17 на фиг. 2);
r и R - внутренний и внешний радиусы кюветы 5;
х - координаты входа лучей относительно плоскости отсчета.
На фиг. 2 приведены графики, построенные по уравнениям (1) - (3) для различных значений показателя преломления исследуемых сред: ncр1 = 1,33 (кривая 8), nср2 = 1,38 (кривая 9), nср3 = 1,43 (кривая 10), при nc= =1,56, кривые 18 и 19 отражают прохождение лучей через цилиндрическую прозрачную кювету, наполненную воздухом с показателем преломления ncро = 1.
Графики на фиг. 2 свидетельствуют о том, что существуют предельные углы выхода лучей θПO - θПЗ для каждого определенного показателя преломления среды nсро - nср3.
Таким образом, если в плоскости изображения установить фотоприемник 6 и фиксировать предельное положение лучей θПO - θПЗ, то по положению границы светотени можно вычислить показатель преломления исследуемой среды.
Согласно уравнениям (1) - (3) и графику на фиг. 2 предлагаемый способ реализуется при условии выполнения соотношения nср < nс. Способ имеет преимущественную реализацию при соблюдении условия b > nc .a Выполнение названных условий не является препятствием для реализации способа на практике, поскольку толстостенные стеклянные трубки с требуемым соотношением b>nca выпускаются промышленностью, а значение показателя преломления большинства жидких и газообразных сред меньше значения показателя преломления стенок стеклянных кювет (сосудов).
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является возможность измерения параметров мутных, непрозрачных сред без изменения градуировочных характеристик устройства, реализующего способ.
Claims (1)
- СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ среды, в котором исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним a и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nс, освещают последний световым пучком, который ограничивают на входе в сосуд и регистрируют границу светотени, отличающийся тем, что сосуд освещают пучком лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, пучок ограничивают на расстоянии, меньшем a/2 и большем nс · a/2 относительно плоскости отсчета, регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды, а показатель преломления среды nс р при соблюдении условия nс р < nс определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5061748 RU2029942C1 (ru) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Способ измерения показателя преломления |
UA93005468A UA6711C2 (ru) | 1992-09-09 | 1993-09-08 | Способ измерения показателя преломления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5061748 RU2029942C1 (ru) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Способ измерения показателя преломления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029942C1 true RU2029942C1 (ru) | 1995-02-27 |
Family
ID=21613061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5061748 RU2029942C1 (ru) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Способ измерения показателя преломления |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029942C1 (ru) |
UA (1) | UA6711C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796797C2 (ru) * | 2021-10-18 | 2023-05-29 | Елена Александровна Бадеева | Волоконно-оптический способ определения коэффициента преломления прозрачного вещества и реализующий его волоконно-оптический рефрактометрический измерительный преобразователь |
-
1992
- 1992-09-09 RU SU5061748 patent/RU2029942C1/ru active
-
1993
- 1993-09-08 UA UA93005468A patent/UA6711C2/ru unknown
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1173171, кл. G 01N 21/45, 1985. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 807163, кл. G 01N 21/43, 1981. * |
3. Авторское свидетельство СССР N 1636737, кл. G 01N 21/41, 1991. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796797C2 (ru) * | 2021-10-18 | 2023-05-29 | Елена Александровна Бадеева | Волоконно-оптический способ определения коэффициента преломления прозрачного вещества и реализующий его волоконно-оптический рефрактометрический измерительный преобразователь |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA6711C2 (ru) | 1994-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2777536B2 (ja) | 散乱光測定用のサンプル・セル及びサンプル・セル・モニタ | |
US3830569A (en) | Process and apparatus for counting biological particles | |
CN101743466A (zh) | 空间频率光学测量仪器和方法 | |
US4988630A (en) | Multiple beam laser instrument for measuring agglutination reactions | |
US3200700A (en) | Photoelectric comparison apparatus for indicating the amount of contamination in liquids | |
JPS62168033A (ja) | 粒子解析装置 | |
JPH0843292A (ja) | コロイド状の媒体の薄層による散乱光の光度を測定する検知器 | |
US3177760A (en) | Apparatus embodying plural light paths for measuring the turbidity of a fluid | |
US2969708A (en) | Means for analyzing microscopic particles and the like | |
US3049047A (en) | Method for analyzing microscopic particles and the like | |
RU2029942C1 (ru) | Способ измерения показателя преломления | |
JPH0277636A (ja) | 粒子測定装置 | |
Haugaard | Photometric determination of fat in milk | |
US2387581A (en) | Refractometer for turbid liquids and pulpous substances | |
US3068687A (en) | Method and apparatus for measuring the surface tension of liquids | |
CA2073344C (en) | Fluorescence assay apparatus | |
RU2814064C1 (ru) | Прозрачномер морской воды | |
SU1122940A1 (ru) | Устройство дл измерени показател преломлени поглощающих сред | |
SU842496A1 (ru) | Устройство дл подсчета и определени РАзМЕРОВ чАСТиц B ОпТичЕСКи плОТ-НыХ СРЕдАХ | |
SU1032374A1 (ru) | Способ измерени показател преломлени | |
SU673898A1 (ru) | Рефрактометр-фотометр | |
SU1125514A1 (ru) | Рефрактометр-колориметр | |
RU1820206C (ru) | Способ определени шероховатости поверхности детали | |
RU2032166C1 (ru) | Способ определения показателя преломления клиновидных образцов | |
SU673891A1 (ru) | Устройство дл определени количества и размеров частиц коллоиднодисперсных систем |