RU222790U1

RU222790U1 - Устройство определения показателя преломления образца

Info

Publication number: RU222790U1
Application number: RU2023120209U
Authority: RU
Inventors: Александр Игоревич Юрин; Владимир Леонидович Минаев; Геннадий Николаевич Вишняков
Filing date: 2023-08-01
Publication date: 2024-01-18

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам определения показателя преломления образца, и может быть использована в качестве средства измерений на основе лазерной динамической гониометрии для высокоточных измерений показателя преломления твердых и жидких веществ, в том числе в инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра.

Устройство определения показателя преломления образца содержит единое основание, закрепленный на нем автоколлиматор с источником излучения линейчатого спектра и приемником излучения, горизонтальный стол для образца и вертикальное двухстороннее подвижное зеркало. Зеркало обращено внутренней отражающей поверхностью к образцу и установлено на приводной консоли с возможностью вращения вокруг указанного стола. Орбита вращения зеркала расположена между образцом и источником излучения. Автоколлиматор снабжен зеркальной системой фокусировки с задающей щелью со стороны источника излучения и анализирующей щелью со стороны приемника излучения. Подвижное зеркало выполнено клиновидным. Радиус орбиты зеркала и углы наклона его внутренней и наружной отражающих поверхностей выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность направления излучения из задающей щели в анализирующую при отражении от соответствующей поверхности.

Полезная модель позволяет расширить спектральный диапазон измерений показателя преломления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Для измерения показателя преломления твердых и жидких прозрачных веществ наиболее широко применяют рефрактометрические и гониометрические методы, обеспечивающие достаточно высокую точность измерений показателя преломления порядка 10^-4÷10^-5. Традиционно в качестве материального носителя единицы показателя преломления твердых веществ используют образцы в виде трехгранных призм, изготовленные из оптического бесцветного стекла. Для жидких веществ используют полые призмы, заполняемые жидкостью.

Из уровня техники известно устройство определения показателя преломления образца, содержащее единое основание, закрепленный на нем автоколлиматор с источником излучения линейчатого спектра и приемником излучения, горизонтальный стол для образца и вертикальное двухстороннее подвижное зеркало, обращенное внутренней отражающей поверхностью к образцу и установленное на приводной консоли с возможностью вращения вокруг указанного стола по орбите, расположенной между образцом и источником излучения (см. патент RU 207091, кл. G01N 21/43, опубл. 12.10.2021).

Недостатком такого устройства является применение автоколлиматора со светоделительным кубом, который ограничивает точность проводимых измерений и исключает возможность определения показателя преломления в инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении спектрального диапазона измерений показателя преломления. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве определения показателя преломления образца, содержащем единое основание, закрепленный на нем автоколлиматор с источником излучения линейчатого спектра и приемником излучения, горизонтальный стол для образца и вертикальное двухстороннее подвижное зеркало, обращенное внутренней отражающей поверхностью к образцу и установленное на приводной консоли с возможностью вращения вокруг указанного стола по орбите, расположенной между образцом и источником излучения, автоколлиматор снабжен зеркальной системой фокусировки с задающей щелью со стороны источника излучения и анализирующей щелью со стороны приемника излучения, а подвижное зеркало выполнено клиновидным, причем радиус его орбиты и углы наклона его внутренней и наружной отражающих поверхностей выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность направления излучения из задающей щели в анализирующую при отражении от соответствующей поверхности. Указанная система фокусировки предпочтительно выполнена на основе параболических зеркал, а приводная консоль предпочтительно снабжена блоком автоматического определения ее углового перемещения.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства;

на фиг. 2 - оптическая схема его работы при использовании параболических зеркал в момент регистрации первого сигнала от наружной отражающей поверхности зеркала.

Предлагаемое устройство определения показателя преломления образца выполнено на едином основании 1, на котором закреплен автоколлиматор 2 с источником 3 излучения линейчатого спектра и приемником 4 излучения, горизонтальный стол 5 для призматического образца 6 и приводная консоль 7. Приводной двигатель консоли 7 и стола 5 размещен внутри основания 1. Консоль 7 снабжена блоком автоматического определения ее углового положения с кольцевым лазером, расположенным в основании 1, и выполнена с возможностью совершения полного оборота вокруг стола 5. При этом орбита вращения подвижного зеркала 3 на консоли 4 находится между образцом 2 и источником излучения линейчатого спектра автоколлиматора 1. Привод консоли 7, блок определения ее углового положения и автоколлиматор 2 подключены к единому блоку управления и обработки. Автоколлиматор 2 за счет приемника 4 выполнен с возможностью выполнения функции нуль-индикатора в режиме счетчика импульсов, который обеспечивает угловую привязку всех отражающих элементов схемы.

На консоли 7 с возможностью вращения в плоскости стола 5 вокруг его центральной оси по орбите, расположенной между образцом 6 и источником 3 излучения, установлено вертикальное двухстороннее подвижное зеркало 8. Зеркало 8 выполнено клиновидным с зеркальным покрытием на внутренней 9 отражающей поверхности с меньшей клиновидностью и зеркальным покрытием на наружной 10 отражающей поверхности с большей клиновидностью. Зеркало 8 обращено внутренней 9 отражающей поверхностью к образцу 6.

Автоколлиматор 2 снабжен зеркальной системой фокусировки на основе параболических зеркал 11 с задающей щелью 12 со стороны источника 3 излучения и анализирующей щелью 13 со стороны приемника 4 излучения. Радиус орбиты зеркала 8 и углы наклона его внутренней 9 и наружной 10 отражающих поверхностей выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность направления излучения из задающей щели 12 в анализирующую 13 при отражении от соответствующей поверхности.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пучок излучения 14 с длиной волны λ, выходит из источника 3 излучения автоколлиматора 2 в виде параллельного пучка, оптическая ось которого коллинеарна нормалям к рабочим граням призматического образца 6. Приемник 4 излучения автоколлиматора 2 регистрирует излучение, отраженное от двустороннего клиновидного зеркала 8 в те моменты времени, когда это излучение распространяется в направлении анализирующей 13 щели, и генерирует электрические импульсы, которые регистрируются блоком обработки информации и являются исходной информацией для вычисления углов поворота консоли 7 с зеркалом 8.

При включении гониометра начинается непрерывное вращение консоли 7 с зеркалом 8. Поворотный стол 5 с призматическим образцом 6 неподвижен. Первый автоколлимационный сигнал с нуль-индикатора (приемника 4 излучения автоколлиматора 2) возникает при отражении луча от наружной 10 отражающей поверхности зеркала 8. Он задает начало отсчета угловых измерений. Следующий сигнал возникает от луча, прошедшего через призматический образец 6, преломленного и отраженного назад от внутренней 9 отражающей поверхности зеркала 8. По этим сигналам определяются первоначальные углы отклонения луча ε по отношению к падающему лучу для дискретной длины волны, содержащейся в исходном пучке 14.

Поскольку пучок излучения 14 в предлагаемом устройстве отражается только от зеркальных элементов, возможно применение длин волн λ, недоступных для устройств с автоколлиматорами, разделяющими пучки с помощью традиционных светоделительных устройств. В частности, возможно измерение показателя преломления в ИК и УФ диапазоне.

Для вычисления показателя преломления необходимо выполнить измерения преломляющего угла исследуемого призматического образца 6 и угла наименьшего отклонения ε_min. Реально на динамическом гониометре проводится измерение угла Ψ, смежного с углом отклонения ε:

ε=180°-Ψ

Основное уравнение измерения показателя преломления n (формула Френеля):

n=sin((α+ε_min)/2)/sin(α/2).

где α - преломляющий угол призматического образца 6;

ε_min - угол наименьшего отклонения падающего луча от своего первоначального направления.

Следующий этап измерений заключается в измерении угла наименьшего отклонения ε_min. Для его нахождения в автоматическом режиме проводится серия измерений угла отклонения е для различных угловых положений призматического образца 6 относительно падающего пучка φ_i посредством поворота стола 5.

Далее строится экспериментальная зависимость ε(φ), которая аппроксимируется полиномом и по нему численным способом вычисляется минимальное значение ε_min. Затем вычисляется показатель преломления по формуле Френеля. Значение показателя преломления вычисляется с учетом параметров окружающей среды в момент измерения для конкретных дискретных длин волн.

Благодаря вышеописанным конструктивным особенностям, предлагаемое устройство позволяет значительно расширить спектральный диапазон измерений показателя преломления, в том числе на ИК и УФ области за счет использования исключительно зеркальных отражающих элементов.

Claims

1. Устройство определения показателя преломления образца, содержащее единое основание, закрепленный на нем автоколлиматор с источником излучения линейчатого спектра и приемником излучения, горизонтальный стол для образца и вертикальное двухстороннее подвижное зеркало, обращенное внутренней отражающей поверхностью к образцу и установленное на приводной консоли с возможностью вращения вокруг указанного стола по орбите, расположенной между образцом и источником излучения, отличающееся тем, что автоколлиматор снабжен зеркальной системой фокусировки с задающей щелью со стороны источника излучения и анализирующей щелью со стороны приемника излучения, а подвижное зеркало выполнено клиновидным, причем радиус его орбиты и углы наклона его внутренней и наружной отражающих поверхностей выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность направления излучения из задающей щели в анализирующую при отражении от соответствующей поверхности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная система фокусировки выполнена на основе параболических зеркал.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приводная консоль снабжена блоком автоматического определения ее углового перемещения.