SU1467464A1

SU1467464A1 - Устройство дл определени показател преломлени

Info

Publication number: SU1467464A1
Application number: SU864158097A
Authority: SU
Inventors: Игорь Валентинович Черных; Константин Григорьевич Предко
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4046; Могилевское отделение Института физики АН БССР
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1989-03-23

Abstract

Изобретение может быть использовано дл определени показател преломлени прозрачных дл света веществ по вносимой ими оптической разности хода между эталонной и тестовой световыми волнами. Цель изобретени - повышение точности определени оптической разности хода за счет формировани эталонной и тестовой волн в виде бесконечной суммы плоских монохроматических световых волн, распростран ющихс под углами друг к другу и формирующих в плоскости анализа освещенность с гармоническим законом распределени , и определени оптической разности хода по величине смещени положени максимумов этого распределени освещенности, возниканнцего при создании оптической разности хода эталонной и тестовой световыми волнами . Формирование бесконечной суммы плоских сватовых волн осуществл етс , например, путем изображени в бесконечность с помощью коллиматорного объектива тест-объекта, выполненного в виде решетки с гармоническим распределением светопропускани , который равномерно освещаетс монохроматическим источником света. Формирование освещенности в плоскости анализа- с гармоническим законом распределени осуществл етс с помощью камерного объектива, в фокальной плоскости которого локализуетс изображение тест- объекта. При этом обеспечиваетс стро- га линейность ме ду величиной смещени максимумов распределени освещенности в изображении тест-объекта и величиной созданной оптической разности хода. 1 ил. i (Л

Description

1

Изобретение относитс к области контрол оптических характеристик прозрачных дл света веществ по создаваемой ими оп тической разности хода между тестовой и эталонной световыми волнами и может быть использовано дл определени показател преломлени газов, жидкостей и твердых тел. Целью изобретени вл етс повышение точности определени показате- й преломлени .

На чертеже представлена принципиальна схема устройства.

Устройство содержит источник 1 монохроматического света, равномерно освещающий тест-объект 2, выполненный в виде решетки с гармоническим распределением светопропускани с возможностью перемещени перпендикул рно оптической оси и направлению своих штрихов и расположенный в фокальной плоскости коллиматорного объектива 3, который формирует световую волну, проход щую через кювету 4 с исследуемым веществом, камерный объектив 5, формирующий изображение тест-объекта 2 в плоскости анализатора 6, представл ющего собой узкую щель, за которой расположен фотоприемник 7, полосовой усилитель 8, настроенный на временную частоту, вдвое большую частоты колебаний тест-объекта 2, регистратор 9 и индикатор 10 перемещени анализатора 6.

Устройство работает следующим образом .

Источник 1 света равномерно осве- щает тест-объект 2, который с помощью объективов 3 и 5 изображаетс в плоскости анализатора 6. Световой поток, прошедший через анализатор 6 преобразуетс в электрический сигнал с помощью фотоприемника 7. Электрический сигнал модулируетс по временной частоте путем периодического смещени тест-объекта 2 перпендикул рно оптической оси, с фотоприемника 7 подаетс в усилитель 8 и в регистратор 9. Путем перемещени анализатора 6 перпендикул рно оптичес- кой оси добиваютс максимума сигнала на регистраторе 9. Измерение величины перемещени анализатора 6 производитс с помощью индикатора 10.

Устройство дл определени показател преломлени работает следующим образом.

Первоначально до введени исследуемой среды в кювету 4 путем перемещени анализатора 6 измер ют с помощью индикатора 10 координату Х положени анализатора 6, соответствующую максимуму электрического сигнала с усилител 8. После введени исследуемой среды в одну из камер кюветы 4 путем перемещени анализатора 6 определ ют с помощью индикатора 10 вторую координату Xj положени анализатора 6, соответствующую новому положению максимума сигнала с усилител 8. По величине смещени

анализатора 4Х Х - Х определ ют показатель преломлени исследуемой среды.

Равномерным освещением монохроматическим излучением тест-объекта, выполненного в виде решетки с гармоническим распределением светопропус- ани , в его плоскости создаетс распределение светимости l(x), пропорциональное выражению

1(х) Г1 cosCtOjx), (1)

0

5

0

5

0

5

где CJ.

iTD

fJ

пространственна частота тест-объекта, D - световой диаметр колли- маторного и камерного объективов J А - длина волны излучени

источника Света; f - фокусное рассто ние камерного объектива; X - координата в плоскости тест-объекта, перпендикул рна направлению его его штрихов.

Это позвол ет повысить точность измерений за счет обеспечени строгой линейности между величиной показател преломлени и величиной смещени максимумов распределени освещенности в изображении тест-объекта и светосилу устройства.

При выводе соотношений за основу вз то то, что оптическа система изображает решетку с гармоническим распределением светопропускани единичного к онтраста без искажени характера этого распределени , т.е. изображение также имеет гармонический закон распределени . При этом изображение имеет контраст, равный величине функции передачи модул ции T(uJ) и смещено относительно своего идеального положени пропорционально величине функции передачи фазы i(u)) изображающей оптической системы.

Т(ы) и l/(uj) оптической системы имеют следующий вид:

T(wl

(I - V.+ ПГ MS КЛ1.) + ( 1п кЛ1.), -,ш 0:

Ш

oJp t 2

1 - 772w . u

Wf to

U)t

CO

ЫР

U)p

arctg (

sin KdL

1 ID

U)

+ -- С OS ЮзЬ

Wp

КДЬ

-,ш 0:

Ш

(2)

)

cup

w 0

(3)

w -2 )

де Ыр 2 сод2 А

К - - 5146746А

предельна пространственна частота; волновое число

то пе 3 мо не по ма

UL

- оптическа разность хода между световыми волнами, прошедшими через первую и вторую камеры кюветы.

Из выражени (3) следует, что при W -7/ сОо величина (/ (и;) пр мопропор- циональна /5L, а величина Т (со) от ЛЬ не зависит и уменьшаетс с увеличением ы . Поэтому из услови получени максимально возможного контраста в изображении дл тест-объекта выбрана минимальна U) w , при которой еще сохран етс пропорциональность между t(w) и AL, Эта частота соответствует периоду Т тест-объекта равному

,. IU .

Распределение освещенности В(х) в изображении тест-объекта вида (1) с учетом (2) и (3) имеет следующий вид:. В(х) - 1 + 0,5 cosCw X + K/JL)J.

Показатель преломлени п св зан с flL следующим образом:

(4

UL

Т

+ п

Э

(5)

где L - длина кюветы;

п - показатель преломлени среды

мачс

А

(8)

JL -| ЛХ

(6)

Claims

эталонного отделени кюветы. Из выражени (4) следует зависимость UL от величины ЙХ смещени мак- 40 Д - рассто ние между объективами, симумов функции В(х):; Изобретение позвол ет снизить погрешность определени оптической разности хода за счет обеспечени строгой линейной зависимости между опре- дс дел емой величиной оптической разности хода и измер емой величиной смещени точки максимума распределени освещенности в плоскости анализа и симметричности формы этих максимумов . Это позвол ет эффективно применить модул ционный метод наведени на максимум гармонического оптического сигнала и снизить погрешность определени показател преломлени , например, при йлине кюветы 100 мм до величины 10 . Формула изобретени

Устройство дл определени показател преломлени , содержащее исТак как величины D и f в выражении (6) посто нны, то точность определени /5L, а следовательно, и п определ ютс только точностью определени координаты максимума функции В(х). Поскольку форма максимумов функции В(х) симметрична, то, например , использование модул ционного метода наведени на максимум гармонического Оптического сигнала позвол ет в этом случае снизить погрешность определени AL до . Модул ци выходного сигнала осуществл етс периодическим перемещением тест-объекта.

50

Использование модул ционного метода дл известных устройств не обеспечивает такой точности определени 3 L, так как дл них форма максимумов функции В(х) имеет существенную несимметричность, что приводит к погрешности определени координаты максимума.

Повышаетс и светосила, так как исключаетс необходимость использовани щелевых диафрагм в параллельном ходе лучей и снимаетс ограничение на максимальный размер источника

излучени .

Рагзмер 1 тест-объекта должен быть не меньше, чем

мин

20

. j

(7)

где

25

)

сГ - допустима погрешность определени показател преломлени .

Условие (5) получено из анализа функции распределени освещенности в изображении ограниченного по размеру тест-объекта. Из (7) следует, что число периодов решетки тест- 30 объекта, например, при с -10 , L 100 мм и Л 0,5 мкм должно быть не менее 66.

Верхний предел размера 1 определ етс величиной пол зрени системы коллиматорный - камерный объективы

35

и равен

мачс

А

то ние между ие позвол ет

дс

50

точник монохроматического излучени и расположенные по ходу лучей тест- объект, коллиматорный объектив, фокус которого совмещен с плоскостью тест-объекта, кювету, камерный объектив и регистратор, отличающеес тем, что, с целью повышени точности определени показател преломлени , тест-объект выполнен в виде решетки с синусоидальным распределением светопропускани , период Т которого равен

т - 2if D

а размер решетки 1 в направлении, перпендикул рном направлению ее штрихов , удовлетвор ет соотношению

Редактор Н.Бобкова

Составитель С.Голубев

Техред М.Ходанич Корректор В.Гирн к

Заказ 1188/40

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Т м .

т:гт:7г 1 т

где D - световой диаметр коллиматор- ного и камерного объективов, f - фокусное рассто ние коллиматорного объектива; (f - допустима относительна погрешность определени показател преломлени ; L - длина кюветы; Д - длийа волны источника излучени j А - рассто ние от камерного до

коллиматорного объектива, при этом тест-объект установлен с Возможностью перемещени перпендикул рно направлению хода лучей и направлению своих штрихов.

8

Подписное