SU1599723A1 - Устройство дл измерени показател преломлени светорассеивающей среды - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к физической оптике, в частности к оптической рефрактометрии, и может быть использовано дл  измерени  показателей преломлени  различных светорассеивающих сред, как стационарных, так и нестационарных, таких как растворы, суспензии, газовые среды. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и экспрессности измерений. Дл  этого в устройство, содержащее интерферометр, пол ризационные блоки, оптический фильтрующий блок, блок-анализатор пол ризации, фотоэлектрический блок регистрации, вводитс  дополнительно блок обработки электрических сигналов, входы которого нагружают выходы фотоэлектрического блока регистрации, выполненного на базе четырехплощадочного фотоприемника и узла регистрации. Два выхода этого блока, сигналы в которых пропорциональны неравномерности освещенности фотоприемника по двум взаимно перпендикул рным ос м, включены на входы электромеханического узла двухкоординатного перемещени , механически жестко св занного со светоделительным кубиком. Третий выход, сигнал в котором пропорционален суммарной освещенности фотоприемника, включен на управл ющий вход механизма вращени , жестко св занного с анализатором, и на вход узла регистрации, второй вход которого соединен с анализатором. Электрический сигнал с анализатора пропорционален углу его поворота. Блок обработки сигналов содержит фазочувствительные выпр мители, опорным сигналом которых  вл етс  сигнал управлени  модул тором Фараде . 3 ил.

Description

ю со

Изобретение относитс  к физической оптике, в частности к оптической рефрактометрии, и может быть использовано дл.измерени  показателей преломлени  стационарных и нестационарных светорассеивающих сред, таких как растворы, суспензии и газовые среды.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и экспрессности измерений показател  преломлени ,, а также уменьшение трудоемкости и расширени  диапазона измерений на нестационарные рассеивающие среды.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства дл  измерени  показател  преломлени  светорас- сеивающей среды; на фиг.2 - схема блока обработки электрических сигналов; на фиг.З - оптическа  схема устройства.

Устройство дл  измерени  показател  преломлени  светорассеивающей среды состоит из излучател  1, све- тоделителъного блока 2, блока 3 нейтральных ослабителей оптического излучени , блока 4 компенсации разности хода разделенных пучков, пол ризационных блоков 5, кюветы 6 с исследуемым веществом, оптического фильтрующего блока 7, смесител  8 пучков излучени , анализатора. 9, четы- рехплощадочного фотоприемника 10, бл1эка 11 обработки электрических сигналов , узла 12 двухкоординатного пере мещени , смесител  8 пучков излучени , узла 13 вращени  анализатора 9 и узла 14 регистрации.

Блок 11 обработки электрических сигналов имеет четыре и,п;ентичных входа, нагруженных выходами соответственно каждой из четырех площадок фотоприемника. Он включает последовательно соединенные четырех.канальный усилитель 15, сумматор 16, инвертор 17, сумматор 18. Выходы сумматора 17 соединены через компараторы 19 и фазочувствительные выпр мители 20 с узлом 12 двухкоординатного перемещени  смесител  8. Выход сумматора 16, на котором суммируютс  все входные, сигналы также соединен через компаратор 19 и фазочувствительный выпр митель 20 с узлом 13 вращени  анализатора 9. Опорные входы фазочувстви- тельных выпр мителей 20 соединены с выходом модул тора 21 Фараде , которы совместно с узлом 12 двухкоординатного перемещени  и узлом 13 вращени  соединены с трансформатором 22.

Излучателем служит одномодовый лазер ЛГН-207А, дл  компенсации разности хода разделенных пучков примен ютс  фазовые клинь . Пол ризационные блоки состо т из пол роидов и фазовых пластинок /4, формирующих циркул рную пол ризацию излучени . Оптически фильтрующий блок;, осуществл ющий фильтрацию пространствер- ньгх частот, содержит конфокально расположенные микрообъектив и длиннофокусный объектив с микронной диафрагмой в фокальной плоскости.

Q 0

5 Q , Q д

0

5

Устройство работает следующим образом.

Излучение одномодового лазера, пройд  коллиматор, формирующий плоскую волну, попадает на светоделитель- ньш кубик 2, который вместе с зеркалами и смесителем 8 пучков излучени  составл ет в совокупности интерферометр . Блок 3 нейтральных ослабителей служит дл  выравнивани  интенсивнос- тей в плечах интерферометра, дл  компенсации разности хода разделенных: пучков примен ютс  клинь . Пол роиды и фазовые пластинки пол ризационного блока 5 формируют две ортогональные циркул рно пол ризованные волны в плечах интерферометра. За кюветой 6 с исследуемой светорассеивающей средой, помещенной в объектном канале интерферометра, расположен оптический фильтрующий блок 7,- состо щий из 2 идентичных конфокально расположенных объективов с фокус- нь№1и рассто ни ми 30 мм с микронной ( 20|um) диай рагмой в фокальной плоскости , служап1ий дл  вьщелени  рассе нного излучени  с нулевой пространственной частотой. На выходе интерферометра ,в результате интерференции двух ортогонально циркул рно пол ризованных пучков имеетс  линейно пол ризованное излучение с азимутом, ко- - торый определ етс  разностью хода интерферирующих пучков.

Блок-анализатор пол ризации вместе с фотоэлектрическим блоком регистрации служит дл  измерени  азимута линейной пол ризации результирующего излзгчени  на выходе интерферометра . На модул тор Фараде  подаетс  переменное синусоидальное напр жение определенной частоты , с помощью чего раскачиваетс  плоскость пол ризации результирующего излучени  Враща  анализатор, добиваютс  удвоени  частоты 2 сигнала, регистрируемого фотоэлектрическим блоком. Снима  отсчет угла поворота анализатора , наход т азимут линейной пол ризации . Возникша  в результате внесени  рассеивакщих частиц в среду разност;ь азимутов пол ризации Д об однозначно св зана с изменением показател  преломлени  и п

« 1 . ,

где Д - длина волны;

l(j- толщина кюветы.

Последовательность операций по измерению разности показателей преломлени  Дп следующа . С помощью нейтрального ослабител  3, компёнса- . тора 4, перекрыва  поочередно пучки в плечах интерферометра, добиваютс  равенства интенсивности и оптических путей интерферирующих,пучков. Затем, приблизительно настроив интерферометр на нулевую полосу (что . контролируетс  визуально ) в пределах половины полосы, включают автоматическую систему точной подстройки на нулевую полосу и удержани  минимума интенсивности.

Четыре сигнала а, Ь, с к d попадают на блок 13 операционных усилителей , и усиливаютс  до значений А, В, С и D. С помоп1ью сумматора- 16 и инвертора 17 формируютс  сигналы (А + + В), (А + D), - (С + D), -(в + С), Z (А + В + С + D). На выходе сумматора 18 формируютс  управл ющие сигналы X (А + D) - (В + С)Y (А + В) - (С + П), характеризующие соответственно горизонтальную и вертикальную неравномерности .освеп1ен- ности фотоприемника. Вместе.с общим сигналом 2 A+B+C+D, характеризующим общую суммарную освещенность фотоприемника , сигналы X и Y поступают на входы трех каналов, каждый из которых состоит из компаратора 19, фазо- чувствительного выпр мител  20, опррным сигналом которого  вл етс  сигнал управлени  модул тором 21 Фа- раде , моторов узлов 12 двухкоорди- натного перемещени  смесител  8 пучков излучени  и узла 13 вращени  анализатора , трансформатора 8, управл ю щих узлов двухкоординатного перемещени  св етоделител  (X и Y) и механизмом вращени  анализатора CS.) .

В зависимости от знака сигналов X и Y подаетс  положительное или отрицательное напр жение на моторы, которые через систему редукторов, составл ющих вместе с мотором узел двухкоординатного перемещени , передают поступательное движение на смеситель 8 пучков излучени , кача  его во взаимно перпендикул рных направлени х, обеспечива  таким образом подстрой- , ку на нулевую интерференционную полосу, до достижени  полной равномерности освещенности фотоприемника, что соответствует X Y 0. Суммарный сигнал управл ет мотором, вращающим через зубчатую передачу анализатор до достижени  минимального значени  51 . Таким образом обеспечиваетс  удержание минимума 51 в процессе измерени .

Узел регистрации содержит вычислительное устройство и транскриптор с цифропечатью, позвол ющие автома0 тически пересчитывать угол поворота анализатора в значение разности показател  преломлени  Дп, запоминать его с малым временным интервалом (л- 60 мкс) и выдавать графи5 ческую зависимость Дп f(t). Автоматическа  настройка на нулевую интерференционную полосу повышает точность в 2-3 раза и обеспечивает хорошую воспроизводимость результа-

0 тов измерений.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   25

   0

   5

   Устройство дл  измерени  показател  преломлени  светорассеивающей среды, содержащее источник излучени , оптически св занный, с входом двуплечего интерферометра, имеющего смеситель пучков, в опорном плече которого последовательно установлены по ходу излучени  нейтральньй ослабитель, компенсатор разности хода лучей, пол ризатор и фазова  четвертьволнова  пластинка, а в рабочем плече интерферометра установлены по ходу излучени  аналогичные пол ризатор и четвертьволнова  пластинка, кювета и оптический фильтрующий блок в виде двух объективов и расположенной

   между ними диафрагмы, на выходе инТер- 0 ферометра по ходу излучени  последовательно установлены модул тор Фара- де , анализатор, фотоприемник, а также узел регистрации, о т л и ч а ю- щ е е с   тем, что, с целью повьше- ни  точности и экспрессности измерений , в устройство дополнительно введены блок обработки электрических сигналов и управлени , электромеханический узел двухкоординатного перемещени  и узел вращени , при этом указанные узлы соединены соответственно со смесителем пучков интерферометра и анализатором, а узел вращени  анализатора соединен с узлом регистрации, при этом чувствительна  площадка фотоприемника выполнена в виде четырех равных площадок, а бло1 обработки электрических сигналов и управлени  включает последовательно

   5

   0

   5

   соединенные четырехканальный усилитель , входы каждого канала которого соединены с cooTseTctpymiuHMH четырьм  площадками фотоприемника, сумматор сигналов со всех чет|,1рех входов , а .также сигналов первого и третьего входов с сигналами второго и четвертого входов, входы которого срединены с соответствуюищми вьпсода- t каналов четырехканального уси- лЦтел , инвертор двух сигналов, сое- д ненный с выходами сумматора сигналов третьего входа с вторым и четвертым , другого сумматора сигналов в|горого и четвертого, а также перво- гЬ и третьего входов, первьй и вто- рЬй входы которого соединены с соотФиг .1

   ветствующими выходами основного сумматора сигналов первого входа с вторым и четвертым, а третий и четвертый входы соединены с соответствующими первым и вторым выходами инвертора , выход сумматора.сигналов со всех четырех входов соединен через компаратор и фазочувствительный вьтр митель

   с узлом вращени , а каждый из выхо- дов другого сумматора сигналов соединен через другие компараторы и фазо- чувствительные вьптр мители с соответствующими входами электромеханическое

   го узла двухкоординатного перемещени  при этом опорные входы всех фазочувст- вительных выпр мителей соединены с модул тором Фараде ,

   /5

   A

   Л

   i6

   .

   Q

   17

   -(

   (

   ,-( r

   18

   фугз