SU1636737A1 - Способ измерени показател преломлени жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  измерени  показател  преломлени  жидких сред. Цель изобретени  - повышение точности быстродействи . Рассе нным пучком излучени  освещают цилиндрическую кювету с исследуемой жидкостью . Диапазон углов входа излучени  в кювету ограничивают. Формируют пучок параллельных лучей, прошедщих через исследуемый объект, характеристики которого св заны с показателем преломлени  жидкости, помещенной в кювету. Характеристиками параплель- ного светового пучка, позвол ющими измер ть показатель преломлени , исследуемой жидкости,  вл ютс  границы светотени. 2 ил. I

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  показател  преломлени  жидких сред.

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  измерений.

На фиг.1 показана структурна  схема устройства дл  реализации способа; на фиг.2 - зависимость угла входа луча, прошедшего через кювету с жидкостью, от координаты выхода его из объекта и соответствующий сигнал на выходе фотоприемника.

Устройство дл  реализации способа (фиг.1) содержит источник 1 света , рассеиватель 2, ограничитель 3 и 4 светового потока в виде непрозрачных пластин, прозрачную цилиндрическую кювету 5, фотоприемник 6 и регистрирующий прибор 7.

Источник 1 света располагают в пространстве так, чтобы ось индикатрисы излучени  была перпендикул рна оси прозрачной цилиндрической кюветы 5. Рассеиватель 2 и ограничители 3 и 4 располагают в плоскости, перпендикул рной оси светового потока , причем ограничители 3 и 4 равноудалены от нее. Фотоприемник 6 включает объектив с малой апертурой и . линейный прибор с зар довой св зью и электрически св зан с регистрирующим прибором 7.

Способ осуществл ют следующим образом .

Исследуемую жидкость помещают в прозрачную цилиндрическую кювету 5 Световым потоком от источника 1, рассе нным с помощью рассеивател  2, облучают кювету 5 с жидкостью, причем диапазон углов входа излучени  в кювету 5 ограничивают закрепленны- ми ограничител ми 3 и 4. С помощью объектива фотоприемника 6, имеющего

(Л С

о со

С5

i

со

малую апертуру, из всех лучей, вышедших из кюветы 5 в плоскости изображени  фотоприемника 6, фиксируют только параллельные лучи. Фиксаци  пучка параллельных лучей, определ ема  объективом фотоприемника 6 после прохода через прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой жидкостью, имеет вид свет- лых и темных полос. На выходе фотоприемника 6 формируетс  сигнал, отраженный на фиг.2.

В пучке параллельных лучей отсутствуют лучи, угол входа которых в кювету 5 превышает ± 9 Кр образованный осью пучка лучей и линией, проход щей через кра  ограничителей 3 и 4 и цилиндрическую кювету 5. Отсутст вие лучей в параллельном пучке приво ит к образованию темных полос, что соответствует уровню О сигнала на выходе фотоприемника 6 (фиг.2). Лучи,- вошедшие в прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой жидкостью в секторе, ограниченном значением углов ± 0«« , также как и лчи , прошедшие мимо кюветы 5, образуют светлую полосу в пучке параллельных лучей, что соответствует уровню 1 сигнала на выходе фотоприемника 6 (фиг.2).

График зависимости угла входа лучей в прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой жидкостью от координат выхода этих лучей параллельно линии регистрации, показанный на фиг.2, построен на основе уравнени 

9п s Л Плл

2(arcsin -:- - arcsin + Ь п„Ъ

п0Х

arsin - arcsin

nca

n0X

in -SftJ), (1)

угол входа лучей в кювету 5; 45 внутренний и внешний радиусы кюветы 5;

показатели преломлени  окружающей среды, кюветы 5 и 50 исследуемой жидкости соответственно;

- координата выхода относительно линии регистрации лучей, прошедших сквозь кювету 5.

аксимальных углов входа раслучей , которые определ ютс 

o

5 0 5 0

5

0

5

0

положением ограничителей 3 и 4, ког- да 0 0 kp и X Х(. уравнение (1) запишетс  в виде

Q 2(arcsin -Ц- - arcsin -&L +

KfDП0Ь

f arcsin ----i- - arcsin ). (2) ncan a

Предельный угол Q «p отличаетс  от угла 90 , который образован линией регистрации и линией, проход щей через край ограничител  и ось кюветы , и вычисл етс  функцией

00 arctg --- (3)

Однако, если обеспечить услови  L b и Р Ь, то предельный угол впр будет близок по значению углу.90 а при L 100b и Р 10СК b углы Q „р и 00 с погрешностью, непревышающей 1%, совпадают. Если размеры кюветы удовлетвор ют условию b .L/100 и Р/100, то калибровку устройства с целью определени  предельного угла дл  каждого нового образца жидкости проводить не нужно, в противном случае ограничители удал ют на требуемое рассто ние и провод т дополнительную калибровку.

График на фиг.2, построенный на основании уравнени  О) свидетельствует о том, что при отсечении ограничител ми 3 и 4 лучей, угол входа которых в кювету 5 с исследуемой жидкостью превышает Qкр , приводит к отсутствию в пучке лучей, выход щих из кюветы 5 параллельно линии регистрации.

Границы светотени - Xj и Xt (фиг.2) св заны с геометрическими па;- раметрами кюветы 5, показателем преломлени  исследуемой жидкости и положением ограничителей 3 и 4, задающих критические углы входа лучей в прозрачную цилиндрическую кювету 5, соотношением (1).

Сигнал на выходе фотоприемника 6 (фиг.2) св зан с границами светотени соотношением

Т - 2К9-Х()

,(4)

где К д, - коэффициент передачи фотоприемника 6.

При условии 2Кф 1, что обеспечиваетс  в процессе настройки прибора из уравнени  (2) с учетом соотношени  (4), получают формулу

Регистрирующий прибор 7 из сигнала на выходе фотоприемника 6 вьщел - ет интервал Т, соответствующий минимальному рассто нию между границами света и тени в распределении интен- сивности параллельного пучка, и вычисл ет значение показател  преломлени  исследуемой жидкости согласно уравнению (5).

i

Способ отличаетс  простотой реализации оптической системы, состо щей из источника света в виде лампы накаливани , рассеивател , например, из оргстекла молочного цвета, двух экранов, например, металлических и длиннофокусного объектива. Требовани  к элементам невысокие - так, напри- мер, изменение напр жени  питани  источника на i10% относительно номи- нального значени  не вли ет на результат измерени  прибора. В св зи с отсутствием подвижных механизмов устройство , реализующее способ, обладает повышенной надежностью.

Способ характеризуетс  высоким быстродействием, определ емым в основном быстродействием фотоприемника и продолжительностью вычислений по формуле (1) вычислительного устройства, вход щего в состав регистрирующего прибора. При.использовании , например, в качестве фотоприемника линейного прибора с зар довой св зью с тактовой частотой 3 МГц,, врем  преобразовани  видеосигнала не превысить 0,3 мс.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  показател  преломлени  жидкости, в котором исследуемую жидкость помещают в цилиндрическую кювету с известными внутренним а и внесшим Ь диаметрами и показателем преломлени  п„ материала стенок кюветы, освещают кювету световым пучком , который ограничивают симметрично плоскости, проход щей через ось кюветы и линию регистрации, и измер ют рассто ни  между границами света и тени в распределении интенсивности, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , световой пучок до его ограничени  рассеивают и ограничивают рас се нный световой пучок так, что рассто ние Р от линии регистрации до краев ограничителей и рассто ние L от оси кюветы до плоскости ограничи- телей много больше внешнего диаметра кюветы, из прошедшего кювету излучени  формируют пучок параллельных лучей , а показатель преломлени  пж исследуемой жидкости вычисл ют по формуле

   mfri

   а . sin (arcs in --- - arcsin ---f +

   nc b

   Т - минимальное рассто ние между границами света и тени в распределении интенсивное- д5 ти;

   п - показатель преломлени  окружающей среды,

   +

   . n0Ti

   arcsin

   nca

   2 ;

   - угол между линией регистрации и линией, проход щей через край ограничител  и ось кюветы.

   Фиг.7 вград