SU1684629A1 - Рефрактометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической физике и может быть использовано в океанологии , биологии, химической Фармацевтической промышлен нос / л и - ц дл  непосредственного и дистанционного рений показател  преломлени  сред Цель изобретени  - повышение точности измерений Рефрактометр содержит два источника света, чувствительный элемент, выполненный в виде изогнутого участка световода помещенного в исследуемую среду, два Фотоприемника, один из которых оптически сопр жен непосредственно с двум  источниками света, а другой - через световод , блок обработки информации подключенный к выходам обоих фотоприемников, и генератор импул соч подсоединенный к источникам oeeTd и блоку обработки информации Входной горец чувствительного элемента оптически сопр жен с выходным торцом световода череч интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, а выходной торец чувствительного элемента снабжен зеркальным светоотражающим покрытием с защитной оболочкой 3 ил сл

Description

Изобретение относитс  к технической физике, а именно к рефрактометрическим приборам дл  анализа жидкостей и может быть использовано дл  непосредственного и дистанционного измерений показател  преломлени  в океанологии при исследовании параметров состо ни  морской воды в услови х Мирового океана в текнике дл  дистанционного контрол  и управлени  режимом работы технологических установок, функционирующих в сложных услови х воздействи  окружающей среды, например при высоких температурах, сильных электромагнитных пол х, вибрации, взрывоопасных помещени х и т д , в метрологии при разработке образцовых средств измерений, а также в химической, фармацевтической и других отрасл х промышленности

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений показател  преломлени  путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта

На фиг 1 показана принципиальна  схема рефрактометра, на фиг 2 - график зависимости коэффициента пропускани  изгиба световода от показател  преломлени  исследуемой среды; на фиг 3 - типичный график спектрального коэффициента пропускани  интерференционного покрыти  типа отсекающего фильтра

ON 00

-U С

ю ю

Рефрактометр содержит генератор 1 импульсов, имеющий два выхода, один из которых соединен с первым источником 2 света, а другой - с вторым источником 3 свега, светоделители 4 и 5. например полупрозрачные зеркала, гибкий волоконный световод 6 (одномодовый или многомодо- вый). оптическое интерференционное покрытие 7 типа отсекающего фильтра, например многослойное диэлектрическое покрытие, чувствительный элемент 8, выполненный , например, в виде крутого изгиба отрезка световода, зеркальное светоотражающее покрытие 9 с защитной оболочкой, например, из стекла, фотоприемники 10 и 11 и блок 12 обработки информации , .например, микропроцессор или микроЭВМ.

Рефрактометр работает следующим образом .

Генератор 1 импульсов подает импульсы электрического тока попеременно на первый источник 2 света и второй источник 3 света, при этом они испускают свет строго поочередно в направлении входного торца световода 6. Луч света от источника 2 света проходит светоделитель 4. После светоделител  4 часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации а оставша с  часть света проходит через светоделитель 5, распростран етс  по волоконному световоду 6, проходит через интерференционное покрытие 7 и распростран етс  вдоль чувствительного элемента 8, при этом часть света проникает в исследуемую среду, преломл  сь на границе раздела чувствительный элемент - исследуема  среда, а оставша с  часть света отражаетс  зеркальным покрытием 9, распростран етс  в обратном напраалении и после светоделител  5 поступает на фотоприемник 10, сигнал с выхода которого подаетс  в блок 12 обработки информации, в котором вычисл етс  отношение сигналов фотоприемников 10 и 11 Mi Ui /Ui.

Аналогично луч света от источника 3 проходит через светоделитель 4, при этом часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации , а оставша с  часть света проходит через светоделитель 5, распростран етс  по волоконному световоду 6, отражаетс  интерференционным покрытием 7. распростран етс  в обратном направлении и после светоделител  5 поступает на фотоприемник 10. сигнал с выхода которого подаетс  в блок 12 обработки информации , в котором вычисл етс  отношение

сигналов фотоприемников 10 и 11 Мг

U2VU2.

В результате после подачи от генератора 1 импульсов на один и другой источники

света в блоке 12 обработки информации вычисл етс  величина Mi/M2. завис ща  только от показател  преломлени  исследуемой среды и не завис ща  от мощности источников света, характеристик фотоприемников и гибкого волоконного световода. Работа рефрактометра основана на зависимости от коэффициента пропускани  крутого изгиба световода от показател  преломлени  исследуемой среды. Типичный

график этой зависимости представлен на фиг 2. Диапазон щ-П2 измерений чувствительности рефрактометра зависит от соотношени  между показател ми преломлени  исследуемой среды и чувствительного элемента и радиуса изгиба последнего. На фиг. 3 представлен график спектрального коэффициента пропускани  интерференционного покрыти  типа отсекающего фильтра. Рабочие длины волн Ач иА2 первого 2 и второго 3 источников света выбираютс  соответственно в област х наибольшего и наименьшего пропускани  интрферен- ционного покрыти  7 (фиг. 3).

Сигналы фотоприемников 10 и 11 от

первого источника света, излучающего на длине волны AI , вычисл ютс  по формулам:

U i SiOiyii r(Ai , n );(1)

U4 SH Ф1 yi2.(2)

гДв Si, Sn - чувствительность по напр жению фотоприемников 10 и 11:

yit - пропускание оптического тракта (исключа  световод) на пути от источника 2 света до фотоприемника 10; У12 - пропускание оптического тракта

на пути от источника 2 света до фотоприемника 11:

Х пропускание световода, r(Ai , n ) - пропускание чувствитель- него элемента на длине волны AI ;

Ф| - поток, излучаемый источником 2 света.

Сигналы фотоприемников 10 и 11, принимающих потоки от источника 3 света, из- лучающего на длине волны Кг , вычисл ютс  соответственно по формулам:

и2 5|Ф2У21Я(3)

иУ Sn Фг У22.(4)

где 21 - пропускание оптического тракта (исключа  световод) на пути от источника 3 света до фотоприемника 10;

пропускание оптического тракта HЈi пути от источника 3 света до фотоприемника 11:

Ф2 - поток, излучаемый источником 3 света на длине волны Яг .

С помощью выражений нетрудно убедитьс , что в отношении сигналов

Mi

М2

U 11 U2

м

-Ј;(л,.п) .б,

u,iV

исключено вли ние флуктуации мощности источников света, нестабильности характеристик фотоприемников и коэффициен- та пропускани  гибкого волоконного световода.

Чувствительный элемент может быть выполнен в виде схемного элемента нарушенного полного внутреннего отражени , из- готовленного из оптического материала с показателем преломлени , близким к показателю преломлени  исследуемой среды,

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Рефрактометр, содержащий источник света с длиной волны излучени  AL оптически св занный с входом гибкого волоконного световода, чувствительный элемент в виде изогнутого участка свето-

   вода и два фотоприемника, вход одного из которых оптически св зан с источником света через световод, и блок обработки инфор- мации, соединенный с выходами фотоприемников, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений показател  преломлени  путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта, в него введены второй источник света с длиной волны излучени  fa и генератор импульсов, соединенный с обоими источниками света и блоком обработки информации, а вход второго фотоприемника оптически св зан непосредственно с источником света, при этом входной торец чувствительного элемента оптически сопр жен с выходным торцом световода через интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, пропускающего излучение с длиной волны AI и отражающего излучени  с длиной волны Xi , а выходной торец чувствительного элемента снабжен светоотражающим покрытием.

   Щиг.1

   J&

   Г/М

   w

   /7,/7/ 1

   Фиг. I

   Г

   W

   t

   Фиг.З

   t л