RU23986U1

RU23986U1 - REFRACTOMETRIC EXPRESS ANALYZER MK "LUCH"

Info

Publication number: RU23986U1
Application number: RU2000132252/20U
Authority: RU
Inventors: А.Н. Панченко; С.А. Каплоухий; Ю.А. Концевой; А.А. Шавард; М.А. Верников
Original assignee: Министерство РФ по атомной энергии; ЗАО Международная компания "Луч"
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-20

Description

Прибор предназначен для контроля параметров жидких и твердых сред и может быть использован в пищевой, химической, медицинской, оптической, и других отраслях промышленности.The device is designed to control the parameters of liquid and solid media and can be used in food, chemical, medical, optical, and other industries.

Известен автоматический рефрактометр, включающий источники света, осветительную и измерительную призмы, камеру для исследуемой жидкости, два светоприёмника, устройство для обработки сигналов и табло на которые они выводятся (R.U. п. № 2113710, Б.И. 17,98 г).Known automatic refractometer, including light sources, lighting and measuring prisms, a chamber for the test fluid, two light receivers, a device for processing signals and displays on which they are displayed (R.U. p. No. 2113710, B.I. 17.98 g).

Недостатком этого прибора является недостаточная точность измерений, так как не учитывается температурная зависимость показателя преломления , а также его большие габариты.The disadvantage of this device is the lack of measurement accuracy, since it does not take into account the temperature dependence of the refractive index, as well as its large dimensions.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения параметров исследуемых сред и уменьшение габаритов прибора.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the parameters of the studied environments and reducing the dimensions of the device.

Технический результат достигается тем, что в рефрактометрический экспресс-анализатор включающий источник света, измерительную призму, устройство для обработки сигналов и табло, на которое они отражаются, согласно изобретению введены рассеивающий элемент, совмещенный с входной гранью нризмы, крышка, установленная над ней, оптическаяThe technical result is achieved by the fact that in a refractometric express analyzer including a light source, a measuring prism, a device for processing signals and a display board to which they are reflected, according to the invention, a scattering element is combined with the input face of the nrisma, an optical cover mounted above it

система, рубашка из теплопроводящего металла, или меди, или латуни, термостат с термоэлектрическим элементом, датчик температуры, вентилятор и кожух, в котором расположены все эти элементы, а также ПЗСлинейка (прибор с зарядовой связью), при этом источником света является монохроматический световой пучок, который направлен на рассеивающий элемент, совмеп1;енный с входной гранью измерительной призмы, оптическая система выполнена с разным фокусным расстоянием, переменными частями этой системы являются материал призмы, определяюш;ий коэффициент преломления, и фокусное расстояние оптической системы, ось которой расположена перпендикулярно выходной грани измерительной призмы, при этом измерительная призма и термостат с термоэлектрическим элементом помеп,ены в рубашку, три грани которой контактируют с тремя гранями измерительной призмы, причём термостат с термоэлектрическим элементом установлен таким образом, что одна из сторон обращена в сторону вентилятора, служащего для отвода тепловой энергии от термостата, датчик температуры расположен в рубашке и снабжён автоматическим устройством для включения, а устройство для обработки сигналов выполнено в виде электронного блока, включающего узел автокоррекции, обеспечивающий выравнивание сигналов от всех фоточувствительных элементов ПЗСлинейки, находящейся между оптической системой и электронным блоком, кроме того, угол между измерительной гранью призмы и её выходной граньюa system, a jacket made of heat-conducting metal, or copper, or brass, a thermostat with a thermoelectric element, a temperature sensor, a fan and a casing in which all these elements are located, as well as a CCD line (charge-coupled device), the light source being a monochromatic light beam which is directed to a scattering element that is compatible with the input face of the measuring prism, the optical system is made with different focal lengths, the variable parts of this system are the material of the prism, which determines the the refractive index, and the focal length of the optical system, the axis of which is perpendicular to the output face of the measuring prism, while the measuring prism and the thermostat with the thermoelectric element are pomped into a shirt, the three faces of which are in contact with the three faces of the measuring prism, and the thermostat with the thermoelectric element is installed such so that one of the sides is turned towards the fan, which serves to divert heat energy from the thermostat, the temperature sensor is located in the jacket and is equipped with an automatic eskim device for inclusion, and the device is configured for processing signals in an electronic unit comprising autocorrection node providing signal alignment of all the photosensitive elements PZSlineyki located between the optical system and the electronic control unit, besides measuring the angle between the prism face and its output face

..

2 удовлетворяет условию sin ф n/N, где N - показатель преломления призмы,2 satisfies the condition sin f n / N, where N is the refractive index of the prism,

an- значение показателя преломления жидкости, для которой луч света,an is the value of the refractive index of the liquid, for which a ray of light,

соответствующий границе света и тени, проходит перпендикулярноcorresponding to the border of light and shadow, runs perpendicularly

выходной грани призмы и фокусируется на середину ПЗС-линейки.the output face of the prism and focuses on the middle of the CCD line.

Схема и работа предлагаемого устройства пояснена фиг. 1 .The scheme and operation of the proposed device is illustrated in FIG. 1 .

На фиг. 1. показаны основные элементы предлагаемогоIn FIG. 1. shows the main elements of the proposed

рефрактометрического экспресс-анализатора. Здесь 1 - измерительнаяrefractometric express analyzer. Here 1 is a measurement

призма, 2 - источник монохроматического света (светодиод),prism, 2 - a source of monochromatic light (LED),

3 - рассеивающий элемент, 4 - рубашка из теплопроводящего металла3 - diffusing element, 4 - jacket of heat-conducting metal

(или меди, или латуни), 5 - термоэлектрический элемент, соединенный(or copper or brass), 5 - thermoelectric element connected

с рубашкой 4, 6 - датчик температуры, 7 - оптическая система,with a jacket 4, 6 - temperature sensor, 7 - optical system,

8- крышка, установленная над измеритальной призмой,8- cover mounted above the measuring prism,

9- вентилятор, кожух 10, в который заключены все эти элементы, 11 - ПЗС-линейка, 12 - электронный блок, включающий узел коррекции, 13 -табло.9 - a fan, a casing 10 in which all these elements are enclosed, 11 - a CCD line, 12 - an electronic unit including a correction unit, 13 - a board.

Рефрактометрический экспресс-анализатор при измерении коэффициента преломления жидких образцов работает следующим образом.Refractometric express analyzer when measuring the refractive index of liquid samples works as follows.

Исследуемая жидкость наносится на верхнюю грань измерительной призмы 1 и закрывается крыщкой, неконтактирующей с жидкостью, и стабилизирующей температуру жидкости. Монохроматический пучок от источника света 2 направляется на рассеивающий элемент 3, совмещенный с входной гранью призмы. Этот луч света преломляется исследуемойThe test liquid is applied to the upper face of the measuring prism 1 and is closed by a cover that is not in contact with the liquid and stabilizes the temperature of the liquid. The monochromatic beam from the light source 2 is directed to the scattering element 3, combined with the input face of the prism. This ray of light is refracted by the researched

жидкостью и падает на оптическую систему 7, а из неё на ПЭЗ-линейку 11 (прибор с зарядовой связью) и затем на устройство для обработки сигналов (12), которое выполнено в виде электронного блока, включающего узел автокоррекции. Электронный блок определяет положение границы света и тени на длине ПЗС-линейки, при этом узел автокоррекции измеряет, запоминает и выравнивает величину сигналов от всех элементов ПЗСлинейки в условиях полного внутреннего отражения и передает на табло.liquid and falls onto the optical system 7, and from it to the PES line 11 (charge-coupled device) and then to the signal processing device (12), which is made in the form of an electronic unit including an auto-correction unit. The electronic unit determines the position of the border of light and shadow along the length of the CCD line, while the auto-correction unit measures, remembers and aligns the magnitude of the signals from all elements of the CCD line under conditions of total internal reflection and transmits to the display.

При работе с твердыми образцами прибор проводит измерения аналогично. При этом между измерительной призмой и исследуемым образцом наносится тонкий слой иммерсионной жидкости, имеющей коэффициент преломления выше чем коэффициент преломления измеряемого образца.When working with solid samples, the device takes measurements in the same way. In this case, between the measuring prism and the test sample, a thin layer of immersion liquid is applied, having a refractive index higher than the refractive index of the measured sample.

Для определения показателя преломления при заданной температуре задается режим нагрева, или охлаждения термоэлектрическому элементу 5 и при использовании датчика температуры 6 и вентилятора 9 поддерживается заданная температура, которая может контролироваться с точностью до 0,1 °С. Слой жидкости через заданный интервал времени (5-10 минут) принимает температуру призмы, после чего по команде электронного блока значение температуры и показателя преломления выводится на табло прибора. При этом ветилятор работает постоянно и выключается автоматически в момент измерения, с тем чтобы температура в это время не менялась.To determine the refractive index at a given temperature, the heating or cooling mode is set for the thermoelectric element 5, and when using the temperature sensor 6 and fan 9, the set temperature is maintained, which can be controlled with an accuracy of 0.1 ° C. The liquid layer after a given time interval (5-10 minutes) takes the temperature of the prism, after which, at the command of the electronic unit, the temperature and refractive index are displayed on the instrument panel. At the same time, the vetilator works constantly and turns off automatically at the time of measurement, so that the temperature does not change at this time.

Оптическая система выполнена с разным фокусным рассстоянием, переменными частями этой системы являются материал призмы, определяющий коэффициент преломления, и фокусное рассстояние оптической системы.The optical system is made with different focal lengths, the variable parts of this system are the prism material that determines the refractive index, and the focal length of the optical system.

Наличие рубашки из теплопроводящего металла, или меди, или латуни, в которую помещены все элементы с 1 по 9 создают условия, позволяющие исключить влияние окружающей среды воздушных потоков на температуру исследуемого объекта, и, как следствие, повысить точность измерения.The presence of a jacket made of heat-conducting metal, or copper, or brass, in which all elements 1 to 9 are placed, creates conditions that can eliminate the influence of the environment of air flows on the temperature of the investigated object, and, as a result, increase the measurement accuracy.

Достижению цели способствует также и то, что показатель преломления призмы выбирается таким, чобы при выборе показания преломления жидкости п и луче света, соответствующего углу полного внутреннего отражения ф, указанный луч света был перпендикулярен выходной грани призмы и фокусировался на середину ПЗС-линейки. Это условие соответсвтует углу ф между измерительной гранью призмы 1, на которую наносится слой жидкости и выходной гранью призмы, равному sin ф n/N. Рассеивающий элемент совмещён с входной гранью призмы, путём её матирования, что сокращает габариты прибора.Achieving the goal is also facilitated by the fact that the refractive index of the prism is chosen so that when choosing the refractive index of the liquid n and the light beam corresponding to the angle of total internal reflection φ, the specified light beam was perpendicular to the output face of the prism and focused on the middle of the CCD line. This condition corresponds to the angle φ between the measuring face of prism 1, on which the liquid layer is applied, and the output face of the prism, equal to sin ф n / N. The scattering element is aligned with the input face of the prism by matting it, which reduces the dimensions of the device.

Опытная эксплуатация рефрактометра показала, что он позволяет при относительно простой конструкции и небольших габаритах контролировать показатели преломления жидкостей с предельной точностью 2x10 и фиксировать изменения показателя преломления при изменении температуры от10°Сдо60°С.The pilot operation of the refractometer showed that it allows for a relatively simple design and small dimensions to control the refractive indices of liquids with an extreme accuracy of 2x10 and to record changes in the refractive index when the temperature changes from 10 ° C to 60 ° C.

/ 3 г : / 3 g:

Claims

Refractometric express analyzer, including a light source, a measuring prism, a device for processing signals and a display board to which they are reflected, characterized in that a diffusing element is inserted into it, combined with the input face of the prism, a cover mounted above it, an optical system, a shirt made of heat-conducting metal or copper, or brass, a thermostat with a thermoelectric element, a temperature sensor, a fan and a casing in which all these elements are located, as well as a charge-coupled device (CCD line), while the light source is a monochromatic beam, which is aimed at the scattering element, combined with the input face of the measuring prism, the optical system is located behind the output face of the prism and is made with different focal lengths, the variable parts of this system are the prism material that determines the refractive index, and the focal length of the optical system while the measuring prism and thermostat with a thermoelectric element are placed in a shirt, the three faces of which are in contact with the three faces of the measuring prism, moreover, the thermostat with thermoelectric element is installed in such a way that one of its sides faces the side of the fan, which serves to remove heat energy from the thermostat, the temperature sensor is located in the jacket and is equipped with a device for switching on, and the device for processing signals is made in the form of electronic unit, including the auto-correction unit, providing alignment of signals from all the photosensitive elements of the CCD line, located between the optical system and the electronic unit, in addition, the angle Between the measuring face of the prism and the output face, it satisfies the condition sinφ = n / N, where N is the refractive index of the prism and n is the value of the refractive index of the liquid, for which the light beam corresponding to the border of light and shadow passes perpendicular to the output face of the prism and focuses on the middle CCD line.