SU1103122A1 - Интерференционный автоматический рефрактометр - Google Patents

Abstract

1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР, содержап(ий источник излучени  и расположенные последовательно по ходу излучени  светоделительный блок, модул тор с оптическим элементом- и контрольную кювету, внутри которой параллельно ее оптической оси установлен подBr r KiT г .i:.. :; . , .j S:Т.::., ,. -. .-.-;- ,; , . i -. «:i- - г ., .. : : БМсЛЯ ;ГЙ;{ вижный вал с закрепленным на нем первым отражателем, второй отражатель , а также систему фоторегистрации , отличающийс  тем, что с целью повышени  точности измерений , в него дополнительно введены вакуумированна  полость и третий отражатель, причем вакуумированна  полость расположена между светоделительным -блоком и контрольной кюветой , свободный конец вала расположен в вакууг 1рованной полости, второй Отражатель установлен на торцовой поверхности свободного конца вала, третий отражатель установлен i на валу симметрично первому отражателю относительно оси вала, а оп (Л тический элемент модул тора выполнен в виде подвижной полупрозрачной пластины, установленной в вакуумированной полостиперпендикул рно оси вала. 20

Description

2. Рефрактометр чающийс  чествё отражателей по п. 1, о т л итем , что в ка применены трипгшь1103122 призмы, а часть полупрозрачной пластины выполнена отражающей .

Изобретение относитс  к области измерительной техники,в частности к устройствам дл  измерени  абсолютных значений показател  преломлени  газообразных и-жидких веществ, и может быть использовано дл  анализа теплофизических параметров газообразных и жидких веществ в широкой области параметров состо ни ,

Известен интерференционный рефрактометр дл  измерени  абсолютных значений показател  преломпени  газов и жидкостей, содержащий источник излучени , светоделительный блок, кювету, одна полость которой заполнена исследуемым веществом, а друга  заполнена эталонным веществом, первы отражатель, неподвижно закрепленный в первой полости кюветы, подвижный второй отражатель, расположенный во второй полости кюветы, блок фоторегистрации и блок измерени  lj .

Однако такое устройство характеризуетс  низкой точностью измерени  показател  преломлени  газа и жидкости , что обусловлено низкой точностью измерени  величины перемеще-ни  подвижного отражател , а также изменением физического состо ни  эталонного вещества при механическом перемещении подвижного отражател  вследствие изменени  объема, занимаемого эталонным веществом,

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  автоматический интерференционньй рефрактометр , содержащий источник излучени  и расположенные последовательно по ходу излучени  светоделительный блок, модул тор с оптическим элементом и контрольную кювету, внутри которой параллельно ее оптический оси установлен подвижный вал с закрепленным на нем первым отражателем , второй отражатель, а также систему фоторегистрации 2.

Недостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность, обусловленна  способом определени  величины перемещени  отражател , который вследствие наличи  люфтов механизма и несовпадени  моментов срабатывани  концевых выключателей приводит к наличию неконтролируемой погрешности, и примен емым методом фоторегистрации, не позвол ющим получить абсолютную погрещность измерени  сдвигов интерференционных полос меньше 0,25 полосы.

Цельр) изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Дл  достижени  указанной цели в устройство, содержащее источник излучени  и расположенные последовательно по ходу излучени  светоделительный блок, модул тор с оптическим элементом и контрольную кювету, внутри которой параллельно ее оптической оси установлен подвижньй вал с закрепленным на нем первым отражателем, второй отражатель , а также систему фоторегистрации , дополнительно введень вакуумированна  полость и третий отражатель , причем вакуумированна  полост расположена между светоделительным блоком и контрольной кюветой, свободный конец вала расположен в вакуумкрованной полости,второй отражатель установлен на торцовой поверхности свободного конца вала, третий отражатель установлен на валу симметрично первому отражателю относительно оси вала, а оптический элемент модул тора выполнен в виде подвижной полупрозрачной пластины, установленной в вакуумированной полости перпендикул рно оси вала.

Кроме того, в качестве отражателей могут быть применены триппльпризмы , а часть полупрозрачной пластины выполнена отражающей. На фиг. 1 показана схема устройс ва; на фиг. 2 - схема одного из тре блоков системы фоторегистрации; на фиг. 3 - схема измерительного блока устройства; на фиг. А - вариант выполнени  устройства. Интерференционный автоматический рефрактометр (фиг. 1) содержит источник излучени  1, светоделительны блок 2, подвижный вал 3, отражател 4-6, корпус 7, разделенный перегородкой на контрольную кювету и рас положенную между ней и светоделительным блоком 2 вакуумированную полость, механизм перемещени  8 вала 3, модул тор 10 с оптическим элементом 9, блок управлени  11, бл ки 12-14 системы фоторегистрации, измерительньй блок 15. Светоделител ный блок 2 раздел ет луч света от источника излучени  1 на три парал лельных световых пучка 16-18. Пучки 16 и 18 дел тс  оптическим элементом соответственно на пучки 19 и 20, 21 и 22, а пучок 17 - на пучки 23 и 24. В качестве отражателей могут быт использованы триппль-призмы 42-44 (фиг. 4). Каждый из блоков 12-14 системы фоторегистрации состоит из фотопреобразовател  25, фильтра 26 и усилител -формировател  27 (фиг. Измерительный блок 15 содержит (фиг. 3) схемы 28-30 измерени  дроб ной части интерференционной полосы, генератор опорной частоты 31, логические схемы 32-34,регистры пам ти 35-37, реверсивные счетчики 38-40 и схему вычислени  41. Устройство работает следующим образом. Луч света от источника излучени  1 светоделительным блоком 2 расщепл етс  на три параллельно распростран ющихс  световых пучка 16-18 с примерно одинаковыми интенсивност ми . Направление распространени  пучка 17 совпадает с осью вала 3, два других пучка 16 и 18 распростран ютс  симметрично относительно этой оси. Пучок 17 оптическим элементом 9 делитс  на два пучка 23 и 24, один из которых (23) в виде отраженного пучка распростран етс  в обратном направлении, а другой . ( 24) отражаетс  от отражател  5 и накладываетс  на пучок 23, в результате чего в плоскости приема блока 13 системы фоторегистра1 ;ии наблкщаетс  интерференционна  картина . Аналогичным образом формируютс  интерференционные картины в плоскост х приема блоков 12 и 14 системы фоторегистрации. Эти интерференщгонные картины образованы соответственно пучками 19, 20 и 21 22, причем пучки 19 и 21 отражаютс  от оптического элемента 9, а пучки 20 и 22 - соответственно от отражателей 4 и 6 . В предложенном рефрактометре дл  измерени  сдвигов интерференционных полос примен етс  так называемый метод временных интервалов, позвсл кшрй регистрировать упом нутые сдвиги с точностью до сотых (и даже тыс чных) долей полосы. Предлагаемый метод предполагает использование в р рактометре интерференционного модул тора и соответствующей системы . фоторегистрации, измерени  и управлени . Роль оптического элемента модул тора, служащего дл  периодического изменени  оптических разностей хода в измерительных и опорных плечах интерферометров, выполн ет полупрозрачна  пластина, периодически перемен юща с  с помощью преобразовател  перемещени  модул тора 10. В результате смещени  пластины на рассто ние л X величина оптической разности хода мен етс  (в любом из пучков 16, 17, 18) на 4 Х. Управление преобразователем перемещени  осуществл етс  с помощью пг.риодического электрического сигнала (например, периодического пилообразного сигнала, поступающего с выхода блока управлени  11). При этом в световых сигналах, поступающих на входы, блоков 12, 13 к 14 системы фоторегистрации,присутствуют переменные составл к дие синусоидального типа. На основании этих составл ющих блоками 12, 13,и 14 системы фоторегистращш формируютс  три логические последовательности, поступающие на измерительный блок 15. Задача измерени  сдвигов интерферен1щонных картин йри этом сводитс  к измерению полных фазовых сдвигов между характерным моментом времени в сигнале управлени  (скажем моментом Пересечени  нулевого уровн  сигналом пилообразного напр жени ) и характерными моментами времени и сигналах на выходах блоков 12, 13 и 14 системы фоторегистрации, например моментами переходов напр жени  из О в 1. С этой целью сигналы с выходов блоков 12, 13 и 14 системы фоторегистрации подаютс  на первые входы соответствуюЕцих схем 28, 29 и 30, служащих дл  измерени  дробной части интерференционной полосы, соот ветствуклцей нецелой части упом нутого полного фазового сдвига. На вторые входы схем 28, 29 и 30 поступает сигнал с выхода блока управдени  11,. а на третьи входы схем 28, 29 и 30 поступает сигнал с выхода генератора опорной частоты 31. Ка да  из схем 28, 29 и 30 осуществл ет периодический (один раз за период развертки) подсчет числа импульсов, поступающих за интервал времени между моментом пересечени  нулевого уро н  сигналом пилообразного напр женй  и первым папозкительным фронтом в соответствующей логической последовательности . Измеренные текущие значени  дробных частей интерференционной полосы tn, т2; .и занос тс  в регистры пам ти 35, 36 и 37 а также подаютс  в логические схемы 32, 33 и 34. Последнее осуществл етс с целью определени  целых интерференционных полос. С выходов регистров пам ти 35, 36 и 37 сигналы поступают на соответствующие входы логических схем 32, 33 и 31. Упом нуты схемы производ т периодическое сравнение текущих значений т,;, m г, и га и предшествовавших значений измерений m,(i.,-|, m2(;-o и ./ia основании которого даетс  команда о прибавлении 1, вычитании 1 или сохранении неизменным содержимого счетчиков 38, 39, 40. По окончании эксперимента схема вычислени  44 на основании информации, поступающей со счетчиков 38, 39 и 40 и регистров пам ти 35, 36 и 37, па известному алгоритму осуществит расчет показате л  преломпени  и . Использование вакуумированной полости и размещение в ней второго отражател  5, установленного на торцовой части вала 3 (фиг. 1), позвол ет проводить эксперимент в один этап. В предложенном рефрактометре по вл етс  возможность одновременног измерени  величины рассто ни  L , на которое перемещаетс  вал 3, и величины показател  преломпени  Ид , Использование третьего отражател  6, установленного на валу 3 симметрично отражателю 4, оказываетс  необходимым дл  устранени  вли ни  перекосов вала.З в процессе осевого перемещени  на результат измерени  . На практике из-за наличи  люфтов в местах прохождени  вала 3 через стенки контрольной кюветы и из-за деформаций самого вала 3 могут возникать перекосы вала, величина которых может составл ть до 10 рад ( по отношению к оптической оси). В результате возникновени  перекосов может оказатьс , что рассто ние, проходимое отражателем 4, существенно (до нескольких микрон) отличаетс  от рассто ни  L , проходимого отражателем 5 ( упом нутые перекосы слабо вли ют на изменение положени  торцового отражател  5, так как он располагаетс  на оптической оси кюветы) , В результате возникают значительные погрешности измерёни  и точность -измерени  ухудшаетс . С введением третьего отражател  по вл етс  возможность компенсировать упом нутые рассогласовани . Депо в том, что при установке отражател  6 симметрично отражателю 4 их дойолнительные смещени  - лЬ одинаковы по величине и противоположны по знаку. Запишем соотношение дл  каждого из пучков 16, 17, 18 2Ln 2(L + U.L)ng 2(L - &L)ng , где 1 - длина волны света, M.M2,Mj - полные сдвиги интерференционных картин, образованных соответственно составл ющими пучков 16, 17, 18 (в полосах). Несложные преобразовани  с соотношени ми (1), (2) и (3) позвол ют получить формулу дл  определени  п. , Из приведенных соотношений следует , что введение третьего отража- тел  6 позвол ет существенно повысить точность измерени , исключив вли ние перекосов вала 3. С другой стороны , пом нутый метод временных интервалов позвол ет регистрировать сдвиги интерференционных картин с точностью не хуже 0,01 полосы. Тогда в соответствии с соотношением (4) можно рассчитать относительную погрешность измерени  Пд-8„ В М, + М Алд Дл  сравнени  можно привести соотношение , характеризующее величину относительной погрешности измерени  ; g В устройстве L2J: п, 0,76 0.25 N2 Из сравнени  соотношений (5) и (6) следует, что в предлагаемом рефракто метре может быть достигнут уровень точности измерени  существенно больший , чем в известном устройстве. Дл  произвольного типа отражател  например дл  плоского отражател , требуетс  осуществл ть весьма точную начальную настройку дл  того, чтобы отражающее поверхности отражателей были установлены строго перпендикул рно направлению распространени  световых лучей. При этом даже при небольших наклонах отражателей может возникнуть ситуаци , когда составл ю щие пучков 16, 17 и 18 не перекрыва ютс  или перекрываютс  лишь частичн что приводит к резкому ухудшению видности соответствующих интерферен ционных картин.

Фиг. 2 Устранить упом нутый недостаток можно путем использовани  в качестве отражателей триппль-призм А2, 43, 44 (фиг. 4), что позвол ет в меньшем степени заботитьс  о точности отражателей , так как отраженный триппльпризмой пучок распростран етс  в направлении,параллельном падающему пучку. Однако применение триппльпризм приводит к необходимости делать полностью отражающими определенные участки псшупрозрачной пластины (фиг. 4). При наличии отражающих участков световой пучок, например 24, отраженный от триппль-призмы 42, испытывает вторичное отражение оптического элемента 9, вторично проходит через триппль-призму, накладываетс  на составл ющую 19, отраженную от оптического элемента 9. Следует отметить, что применение триппль-призм 42-44 позвол ет такж« в два раза повысить чувствительность, а в р де случаев и точность измерени  показател  преломлени  . Применение предлагаемого устройства позвол ет более чем на пор док повысить точность измерени  показател  преломлени  газообразных и жидких веществ, что в свою очередь повышает качественный уровень проведени  теплофизических исследований. Последнее приводит к более широкому применению упом нутых вещестн в народном хоз йстве.

Claims (1)

1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР, содержащий источник излучения и расположенные последовательно по ходу излучения светоделительный блок, модулятор с оптическим элементом· и контрольную кювету, внутри которой параллельно ее оптической оси установлен под- вижный вал с закрепленным на нем первым отражателем, второй отражатель, а также систему фоторегистрации, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены вакуумированная полость и третий отражатель, причем вакуумированная полость расположена между светоделительным блоком и контрольной кюве*той, свободный конец вала расположен в вакууьшрованной полости, второй отражатель установлен на торцовой поверхности свободного конца вала, третий отражатель установлен на валу симметрично первому отражателю относительно оси вала, а оптический элемент модулятора выполнен в виде подвижной полупрозрачной пластины, установленной в вакуумированной полости’перпендикулярно оси вала.

4>и». <

SU И 03122

1103122 2. Рефрактометр чаю щ й й с я чествё отражателей по п. 1, о т л и-' призмы, а часть полупрозрачтем, что в ка- ной пластины выполнена отраприменены триппль- жающей.