SU1689806A1 - Рефрактометрическа система - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а конкретно к средствам измерени  концентрации растворов электролитов, например солености морской воды. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  концентрации растворов . Рефрактометрическа  система содержит источник излучени , кювету в виде двух оптических элементов, формирующих пространство между ними в форме линзы, и фотоприемник. Дополнительно в состав системы введены два объектива и две диафрагмы пр моугольной формы. Линза выполнена цилиндрической. Перва  диафрагма и первый объектив размещены между источником излучени  и первым оптическим элементом, а второй объектив и втора  диафрагма - между вторым оптическим элементом и фотоприемником таким образом, что в сечении, перпендикул рном образующей цилиндрической поверхности, оптически сопр жены точки плоскостей первой и второй диафрагм. Кромки диафрагм параллельны образующей, а кромка второй диафрагмы смещена относительно сопр женных точек кромки первой диафрагмы при максимальном или минимальном значени х диапазона измерений на рассто ние I Геом + +{1...5) 10 где 1геом - геометрическа  ширина первой диафрагмы; f - фокусное рассто ние второго объектива. Два оптических элемента выполнены из монолитной детали.3 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а более конкретно к средствам измерени  концентрации растворов электролитов , например солености морской воды .

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности измерени  концентрации растворов путем совмещени  измерени  показател  преломлени  и удельной электрической проводимости при сохранении высокого пространственно-временного разрешени .

На фиг.1 представлена оптическа  схема рефрактометрической системы; на фиг.2 - взаимное расположение первой и второй диафрагм и расположение второй диафрагмы относительно получаемого трансфор- мированного изображени  первой диафрагмы; на фиг.З - график распределени  освещенности в изображении первой диафрагмы при фиксированных значени х

с

00

о со

о о

показател  преломлени  исследуемого рас- гвора.

Рефрактометрическа  система содержит источник 1 излучени , первую диафрагму 2 и первый объектив 3, кювету в виде двух оптических элементов 4 и 5, формирующих пространство между ними в форме цилиндрической линзы 6, второй объектив 7 и вторую диафрагму 8, фотоприемник 9. Оптические элементы 4 и 5 могут быть выполнены из монолитной детали. Образующа  цилиндрической поверхности линзы б перпендикул рна оптической оси объективов 3 и 7. В стенке корпуса 10 сделаны два противолежащих отверсти , через которые происходит заполнение объема исследуемым раствором,

Система работает следующим образом.

Излучение, испускаемое источником 1, попадает на расположенную в непосредственной близости от него диафрагму 2, котора  формирует излучающую поверхность в виде пр моугольника. Далее излучение направл етс  объективом 3 через оптический элемент 4 на жидкостную цилиндрическую линзу 6 (рассеивающую, если показатель преломлени  раствора меньше, чем показатель преломлени  материала, из которого сделаны оптические элементы 4 и 5, и собирающую в противном случае). Оптическа  система юстируетс  таким образом, что в граничной точке предела измерений (т.е. при максимальном или минимальном значении показател  преломлени  исследуемой жидкости, дл  измерени  концентрации которой предназначена рефрактометрическа  система, например п 1,3 дл  водных растворов кислот, солей, щелочей)лучи, вышедшие из цилиндрической линзы б через оптический элемент 5, фокусируютс  объективом 7, образу  трансформированное изображение первой диафрагмы 2,

В плоскости изображени  установлена втора  диафрагма 8. кромка которой смещена относительно сопр женныхточек кромки первой диафрагмы 2 таким образом, что перекрывает большую часть сфокусированного изображени  (79...90% по площади). На фиг.2 показано взаимное расположение диафрагм 2 и 8 и получаемого трансформированного изображени  11. При этом кажда  точка первой диафрагмы преобразуетс  в плоскости установки второй диафрагмы в линию, параллельную образующей цилиндрической поверхности. График распределени  освещенности Е; фансформированного изображени  по оси Y представлен на фиг.З.

Лучи, вышедшие из диафрагмы 8, попадают на фотоприемник 9.

При изменении концентрации раствора измен етс  показатель преломлени  и

удельна  электрическа  проводимость жидкости цилиндрической линзы 6, и световой поток расфокусируетс  в плоскости диафрагмы 8, Чем больше изменение показател  преломлени  исследуемой жидкости, тем

0 больше расфокусировка изображени  диафрагмы , и соответственно увеличиваетс  сигнал на выход фотоприемника 9. По результатам одновременного измерени  показател  преломлени  и удельной элект5 рической проводимости исследуемой жидкости можно определить концентрацию раствора.

Режим работы рефрактометрической оптической системы, реализующей гонио0 метрический метод измерени  показател  преломлени , определ етс  угловыми параметрами светового пучка, т.е. линейное сме- щение кромки второй диафрагмы относительно первой должно быть задано в

5 зависимости от фокусного рассто ни  второго объектива. При этом режим работы системы , реализованный при расположении кромки второй диафрагмы соответственно сопр женным точкам кромки первой диаф0 рагмы, не  вл етс  оптимальным, поскольку дополнительное смещение на величину (1...5) -10 h позвол ет уменьшить фоновую засветку при сохранении практически того же значени  крутизны характеристики пре5 образовани . Эти данные получены путем обобщени  результатов расчета р да реализаций оптических систем (по типовым программам расчета хода лучей через оптическую систему) и подтверждены лабо0 ратормыми испытани ми опытного образца рефрактометрической системы.

Эффективность системы состоит в повышении точности измерени  концентрации раствора за счет повышени  точности

5 пр мых измерений показател  преломлени  и удельной электрической проводимости объема жидкости, ограниченного цилиндрической поверхностью.

В рефрактометрической системе может

0 быть достигнуто в дес тки и сотни раз большее изменение освещенности при том же изменении показател  преломлени , что и в системе-прототипе, поскольку, благодар  наличию двух дополнительных объективов

5 обеспечиваетс  проецирование всего светового потока, прошедшего через исследуемый раствор, в плоскость второй диафрагмы. При этом световое п тно в плоскости второй диафрагмы имеет форму полосы (благодар  первой диафрагме и свойствам цилиндрической жидкостной линзы), котора  при минимальном или максимальном значении показател  преломлени  перекрываетс  этой диафрагмой так, что из-за нее выходит и попадает на фотоприемник мала  (фонова ) часть светового потока (1...10%). Как видно из графика (фиг.З), незначительное изменение показател  преломлени  приводит к размытию границы светового п тна и выходу части светового потока из-за второй диафрагмы. Рефрактометрическа  система, позвол ет реализовать максимальную чувствительность при любой конфигурации и размерах чувствительной площади фотоприемника. Это очень важно, так как увеличение размеров приемной площадки ведет к росту шумов фотоприемникэ и увеличению погрешности измерени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Рефрактометрическа  система измерител  концентрации электролитов, содержаща  последовательно установленные источник излучени , кювету, стенки которых выполнены в виде двух оптических элементов , герметично соединенных со стенкой корпуса, и фотоприемник, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  точности измерени , в устройство дополнительно введены два объектива и две диафрагмы пр моугольной формы, внутренние поверхности оптических элементов стенок кюветы выполнены цилиндрическими, одна из диафрагм и один из объективов размещены последовательно между источником излучени  и кюветой, а другие объектив и диафрагма - между кюветой и фотоприемником так, что точки плоскостей диафрагм оптически сопр жены в сечении, перпендикул рном образующей цилиндрической поверхности кюветы, кромки диафрагм параллельны образующей, а кромка одной из диафрагм смещена относительно сопр женных точек кромки другой диафрагмы при максимальном или минимальном значени х диапазона измерени  на рассто ние 1Геом(1...5) -10 геом - геометрическа  ширина.диафрагмы, размещенной между источником излучени  и

   кюветой; фокусное рассто ние объектива , размещенного между кюветой и фотоприемником .

   465

   отн. ед.

   2500

   Фиг. 2 -

   1500 2000

   1000 0 ,10,2 Ytffff

   Фиг.З