Claims (4)
peiiiie R дл различных углов падени , Перестройка же углов падени св зана со знач ггельными затратами времени. При исследовании динамики сред или при исследовании сред в режиме протекани за врем перестройки угла в среде существенно мен ютс оптические характеристики, что приводит к увеличению погрешности измерени . Целью изобретени вл етс повышение точности измерени показател преломлени в динамике. Цель достигаетс тем, что исходный световой пучок расшепл ют, по крайней .мере, на два пучка и направл ют их одновременно иод различными углами на границу контакта . Данный способ может быть осуществлен с устройства, в котором, с целью повьииени точности измерени показател преломлени в.динамике и упрощени конструкции устройства, марка коллиматора имеет, по крайней мере, две щели, перед коллиматором установлена диафрагма с двум прозрачными зонами, а на рабочей поверхности высокопрело.мл ющего оптического элемента имеютс две зоны, одна зона выполнена с коэффициентом отражени 100%, причем зоны диафрагмы и высокоиреломл ющего элемента попарно оптически сопр жены, а в плоскости диафрагмы установлен обтюратор. При это.м фотоприемное устройство включает в себ объектив, разделительный оитический элемент, два фотоприемника и два измерител отношени , входы которых подключены к соответствующим фотоприемникам , а выходы - к вычислительно.му устройству . Кро.ме того, на входе и выходе высокопреломл ющего оптического элемента установлены отрицательные плоско вогнутые линзы, показатель преломлени и радиус которых равны соответственно показателю преломлени и радиусу этого элемента, причем линзы жестко св заны соответственно с объективами коллиматора и фотоприемного устройства. На фиг. 1 представлена принципиальна схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- временна диаграмма сигналов, полученна прн осуществлении способа измерени показател преломлени поглощающих сред. Устройство содержит источник света 1, конденсатор 2, диафрагмы 3 с прозрачными зонами 4 и 5, обтюратор 6, объектив 7. .марку 8 со щел ми 9 и 10, объектив II коллиматора, линзы 12, 13, высокопрелом/1ЯЮЩИЙ оптический элемент 14 с рабочей повер.1остью 15 и зонами 16 и 17 на этой иоверхности, объектив 18 фотоприемного устройства , разделитель 19, фотоприемники 20, 21, измерители отношени 22, 23, вычислительное устройство 24, автоколлимационный окул р 25, окул р 26 и объектив 27. Устройство работает следующим образом . Источ1П1к света 1 с помощью конденсатора 2 освещает диафрагму 3 с двум прозрачными зонами 4 и 5. Световые потоки, проход щие через эти зоны, модулируютс в противофазе обтюратором 6. Далее световые пучки проход т объектив 7 и освещают марку 8 с несколькими щел ми (на фиг. 1 дл примера показаны две щели 9 и 10). Марка 8 находитс в фокальной плоскости объектива 11, поэтому после объектива выходит несколъко коллимированных пучков света (по числу щелей в марке 8). Угловое рассто ние между световыми пучка .мп определ етс рассто нием между щел ми и фокусным рассто нием объектива 11 и предварительно определено с высокой точностью . Фокусное рассто ние объектива 11 может, по крайней мере, в 10 раз превышать фокусное рассто ние высокопреломл ющего оптического элемента со сферической или цилиндрической преломл ющей поверхностью . Поэтому коллимаци световых пучков после объектива 1I имеет значительно более высокую степень, чем в известныхустройствах . Это обсто тельство вл етс очень важным, поскольку недостаточно хороща коллимаци светового пучка внутри высокопреломл ющего оптического элемента , а-следовательно и значительна углова апертура светового пучка привод т к тому, что дл разных лучей пучка углы падени различны, а следовательно различны и коэффициенты отражени R, что снижает чувствительность и точность измерени . Коллимированные световые пучки направл ют на блок, состо щий из отрицательных плосковогнутых линз 12, 13 и высокопрело .мл ющего оптического элемента 14. Линзы и высокопреломл ющий оптический элемент имеют одинаковые показатели преломлени и радиусы кривизны смежных поверхностей . Пространство между ними может быть заполнено ч иммерсионной жидкостью . Проход это пространство, световые пучки не измен ют своей расходимости и направлени и падают на рабочую поверхность 15 элемента под углами (р и «рг. Использование в устройстве полусферического элемента в сочетании с плосковогнутыми линзами позвол ет измен ть углы падени ф в щироких пределах (20-70°) дл выставлени оптимального значени этих углов, при котором достигаетс максимальна чувствительность. При этом сохран етс высока степень коллимации светового пучка |1J, не достигаема при использовании одииочного полусферического или полуцииндрического элемента, используемых в изliecTHbix устройствах. Две прозрачные зоны 4 и 5 диафрагмы 3 наход тс в передней фокальной плоскости объектива 7. 1Дентр рабочей поверхности элемента 15 совмещен с задней плоскостью объектива 11. Поэтому прозрачные зоны 4 1 5 оптически попарно сопр жены с зонами 16 и 17, расположенными, на рабочей поверхности 15 элемента НПВО 14. На зоны 16 и 17 падают коллимированвые пучки света под углами р, и фд. Одна из зон; например 16, приводитс в контакт с исследуемой средой. Втора зона выполнена отражающей с коэффициентом отражени 100%, например,, путем нанесени на нее зеркального отражающего покрыти . Отраженный зонами 16 и 17 световые пучки направл ютс на объектив фотоприемного устройства 18, который строит в своей фокальной плоскости изображение щелей 9 и 10. Далее разделитель 19 направл ет эти изображени на соответствующие фотоприемники 20 и 21. Изображение каждой щели строитс световыми пучками, падающими на рабочую поверхность 15 элемента НПВО под определенным углом ф и отраженными зонами 16 и 17, причем отраженные от этих зон пучки за счет обтюрации приход т на фотоприемник в противофазе. Измерение коэффициента отражени R по сн етс временной диаграммой сигналов на входе фотоприемника, представленной на фиг. 2. Пусть в некоторый момент времени to обтюратор занимает такое положение , при котором открыта зона диафрагмы , например 4, сопр женна с зоной 16 элемента НПВО 14, имеющей коэффициент отражени 100%. Зона 5 при этом перекрыта обтюратором. При. вращении обтюратора оптический сигнал за врем to-t имеет максимально возможную амплитуду. При дальнейщем вращении обтюратора на период времени tj-tj открываетс зона 5 диафрагмы 3, сопр женна с зоной 17, контактирующей с исследуемым веществом. Зона 4 при этом перекрыта обтюратором. Поскольку угол падени света ip все1да выбираетс меньще предельного угла полного внутреннего отражени , то амплитуда оптического сигнала, отраженного зоной 17; всегда меньще амплитуды сигнала, отраженного зоной 16. При дальнейшем вращении обтюратора последовательность им-пульсов повтор етс . Отнощение амплитуды сигнала за врем tj-tj к амплитуде сигнала за врем ty-ti дает величину коэффициента отражени света R.,, дл данного угла падени д. Аналогична картина имеет место на втором фотоприемнике дл другого угла cpi. Измерение отнощени амплитудных значений импульсов этих оптических сигналов производитс с помощью электронных измерителей отнощени 22, 23. Информаг.и о Н и R поступает далее на вычислительное устройство 24, которое по заданному алгоритму вычисл ет оптические посто нные п и ае . При использовании К щелей в фокальной плоскости объектива 11 предлагаемое устройство позвол ет одновременно определ ть R дл всех К углов падени , причем дл всех этих углов используетс один обтюратор что существенно упрощает конструкцию устройства. Автоколлимационный окул р 25 служит дл выставлещ1 оптической оси колли.матора ио нормали к рабочей поверхности 15 элемента 14, что необходимо дл точной установки угла «р С иолющью окул ра 26 и вспомогательного объектива 27 производитс наблюдение за качеством изображени зон 16, 17 и щелей 9, 10. Использование данного изобретени позвол ет повысить точность измерени показател преломлени поглощающих сред, в особенности при измерении в динамике, и упростить конструкцию устройства. Использование его в нефтехимии дает эконо.мический эффект пор дка 100 тыс. руб. в год уа один прибор. Формула изобретени 1.Способ дл измерени показател преломлени поглощающих сред путем определени коэффициента отражени света на границе контакта исследуемой низкопреломл ющей среды с высокопреломл ющей средой дл нескольких углов падени , отличающийс тем, что, с целью повыщени точности измерени показател преломлени в динамике, исходный световой пучок расщепл ют по крайней мере, на два пучка и направл ют их одновременно под различными углами на границу контакта. peiiiie R for different angles of incidence; Reconstructing the angles of incidence is associated with significant time costs. In the study of the dynamics of the media or in the study of the media in the flow regime during the time of the angle tuning in the medium, the optical characteristics change significantly, which leads to an increase in the measurement error. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement of the refractive index over time. The goal is achieved by splitting the original light beam, at least, into two beams and simultaneously directing their iodine with different angles to the contact boundary. This method can be carried out from a device in which, in order to improve the accuracy of measuring the refractive index of dynamics and simplify the design of the device, the collimator brand has at least two slots, a diaphragm with two transparent zones is installed in front of the collimator, and There are two zones in a highly refractive optical element, one zone is made with a reflection coefficient of 100%, and the diaphragm and high-refraction element zones are pairwise optically conjugated, and in the aperture plane ovlen obturator. With this, the photoreceiver includes a lens, an isolating element, two photodetectors, and two ratio meters, the inputs of which are connected to the corresponding photoreceivers, and the outputs to the computational device. In addition, negative flat concave lenses are installed at the entrance and exit of a highly refractive optical element, the refractive index and radius of which are equal to the refractive index and radius of this element, respectively, and the lenses are rigidly connected with the lenses of the collimator and photodetector, respectively. FIG. 1 is a schematic diagram of the proposed device; in fig. 2 is a timing diagram of the signals obtained by implementing a method for measuring the refractive index of absorbing media. The device contains light source 1, condenser 2, diaphragms 3 with transparent zones 4 and 5, shutter 6, lens 7. Mark 8 with slots 9 and 10, lens II of the collimator, lenses 12, 13, high-gain / 1-DUTING optical element 14 s working surface 15 and zones 16 and 17 on this surface, lens 18 photodetector, separator 19, photodetectors 20, 21, ratio meters 22, 23, computing device 24, autocollimation eye 25, eye 26 and lens 27. Device works as follows. The light source 1 by means of a condenser 2 illuminates the diaphragm 3 with two transparent zones 4 and 5. Light streams passing through these zones are modulated in antiphase by a shutter 6. Next, the light beams pass the lens 7 and illuminate the mark 8 with several peaks ( Fig. 1, for example, shows two slits 9 and 10). Mark 8 is located in the focal plane of the lens 11, so after the lens there are several collimated light beams (according to the number of slots in the mark 8). The angular distance between the light beams .mp is determined by the distance between the slits and the focal length of the lens 11 and is predetermined with high accuracy. The focal length of the lens 11 may be at least 10 times greater than the focal length of a high refractive optical element with a spherical or cylindrical refractive surface. Therefore, the collimation of light beams after the lens 1I has a significantly higher degree than in known devices. This circumstance is very important because the insufficient collimation of the light beam inside a highly refractive optical element, and hence the large angular aperture of the light beam, leads to the fact that for different beam beams the angles of incidence are different, and therefore the reflection coefficients R , which reduces the sensitivity and accuracy of measurement. The collimated light beams are directed to a block consisting of negative flat-concave lenses 12, 13 and a high-blued optical element 14. The lenses and a high-refracting optical element have the same refractive indices and radii of curvature of adjacent surfaces. The space between them can be filled with an immersion liquid. Passing this space, the light beams do not change their divergence and direction and fall onto the working surface 15 of the element at angles (p and pp. Use of a hemispherical element in combination with flat-curved lenses in the device allows the angles of incidence φ to vary within wide limits (20 -70 °) for setting the optimum value of these angles at which maximum sensitivity is achieved. At the same time, a high degree of collimation of the light beam | 1J is maintained, which is not achieved when using single hemispherical silt half transparent elements used in liecTHbix devices Two transparent zones 4 and 5 of the diaphragm 3 are located in the front focal plane of the lens 7. 1 The working surface of the element 15 is aligned with the rear plane of the lens 11. Therefore, the transparent zones 4 1 5 are optically pairwise matched with zones 16 and 17, located on the working surface 15 of the ATR element 14. Collimated light beams fall at zones 16 and 17 at angles p, and fd. One of the zones; for example, 16 is brought into contact with the test medium. The second zone is made reflective with a reflectance of 100%, for example, by applying a specular reflecting coating on it. The light beams reflected by zones 16 and 17 are directed to a lens of a photoreceiver 18, which builds images of slits 9 and 10 in its focal plane. Next, divider 19 directs these images to corresponding photoreceivers 20 and 21. The image of each slit is constructed by light beams falling on The working surface 15 of the ATR element at a certain angle φ and reflected zones 16 and 17, the beams reflected from these zones, due to obturation, arrive at the photodetector in antiphase. The reflection coefficient measurement, R, is illustrated by the timing diagram of the signals at the input of the photodetector, shown in FIG. 2. Let at some point in time to the obturator occupy a position in which the aperture zone is open, for example 4, adjacent to the zone 16 of the ATR element 14, which has a reflectance of 100%. Zone 5 at the same time blocked by a obturator. At. rotation of the obturator optical signal during the time to-t has the maximum possible amplitude. Upon further rotation of the obturator for a period of time tj-tj, the zone 5 of the diaphragm 3 opens, which is conjugated with the zone 17 in contact with the substance under study. Zone 4 at the same time blocked by the obturator. Since the angle of incidence of light ip is always chosen less than the limiting angle of total internal reflection, the amplitude of the optical signal reflected by zone 17; always smaller than the amplitude of the signal reflected by zone 16. With further rotation of the obturator, the sequence of pulses repeats. Ratio of the amplitude of the signal during time tj-tj to the amplitude of the signal during time ty-ti gives the value of the reflection coefficient of light R. ,, for a given angle of incidence g. The measurement of the ratio of the amplitude values of the pulses of these optical signals is carried out using electronic meters of the ratio 22, 23. Information about H and R goes further to the computing device 24, which calculates the optical constants p and ae according to a given algorithm. When using K slots in the focal plane of lens 11, the proposed device allows determining simultaneously R for all K angles of incidence, and one obturator is used for all these angles, which greatly simplifies the design of the device. The autocollimation eyepiece p 25 serves to expose the optical axis of the collie.mator and normal to the working surface 15 of the element 14, which is necessary to accurately set the angle of the eyelet 26 and the auxiliary lens 27 to monitor the image quality of zones 16, 17 and slits 9 10. The use of this invention allows to improve the accuracy of measurement of the refractive index of absorbing media, especially when measured in dynamics, and to simplify the design of the device. Using it in petrochemistry gives an economic effect of about 100 thousand rubles. per year ya one device. Claim 1. A method for measuring the refractive index of absorbing media by determining the reflectance of light at the interface of the studied low-refractive medium with a high refracting medium for several angles of incidence, characterized in that, in order to improve the accuracy of the measurement of the refractive index in dynamics, the original light beam they split at least into two beams and direct them simultaneously at different angles to the contact boundary.
2.Устройство дл осуществлени способа , содержащее осветительную систему, коллиматор в виде объектива с маркой в фокальной плоскости, измерительный блок в виде высокопреломл ющего оптического элемента с плоской рабочей поверхностью и с входной и выходной поверхност ми сферической или цилиндрической формы и фотоприемное устройство, отличающеес тем, что, с целью повыщени точности измерени показател преломлени в динамике и упрощени конструкции устройства, марка коллиматора имеет, по крайней мере, две щели, перед коллиматором установлена диафрагма с двум прозрачными зонами, а на рабочей поверхности высокопреломл ющего оптического элемента имеютс две зоны , одна зона выполнена с коэффициентом отражени 100%, причем, зоны диафрагмы и высокопреломл ющего элемента попарно оптически сопр жены, а в плоскости диафрагмы установлен обтюратор. 2. A device for carrying out the method, comprising an illumination system, a collimator in the form of a lens with a mark in the focal plane, a measuring unit in the form of a highly refractive optical element with a flat working surface and with an input and output surfaces of spherical or cylindrical shape and a photo-receiving device, characterized by that, in order to improve the accuracy of measurement of the refractive index in dynamics and simplify the design of the device, the brand of the collimator has at least two slots in front of the collimator There is a diaphragm with two transparent zones, and on the working surface of a high refractive optical element there are two zones, one zone is made with a reflection coefficient of 100%, and the zones of the diaphragm and the high refractive element are pairwise optically matched, and a shutter is installed in the aperture plane.
3.Устройство по п. 2 отличающеес тем, что фотоприемное устройство вк 1ючает в себ объектив, разделительный оптический3. The device according to claim 2, characterized in that the photodetector device has a lens, an optical separation device.
элемент, два фотоприемника и два измерител отношени , входы которых подключены к соответствующим фотоприемникам, а выходы - к вычислительному устройству.an element, two photodetectors, and two ratio meters, the inputs of which are connected to the corresponding photoreceivers, and the outputs to a computing device.
4. Устройство но п. 1, отличающеес тем, что на входе и выходе высокопреломл ющего оптического элемента установлены отрицательные плоско-вогнутые линзы, показате .гь преломлени и радиус которых равны соответственно показателю преломлени и4. A device according to claim 1, characterized in that negative flat-concave lenses are installed at the entrance and exit of the highly refractive optical element, the refractive index and radius of which are equal respectively to the refractive index and
радиусу этого элемента, причем линзы жестко св заны соответственно с объективами коллиматора и фотоприемного устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе;the radius of this element, and the lenses are rigidly connected, respectively, with the lenses of the collimator and photodetector. Sources of information taken into account in the examination;
1.Харрик Н. Спектроскопи внутреннего отражени , М. 1970, с. 176-177.1.Harrik N. Spectroscopy of Internal Reflection, M. 1970, p. 176-177.
2.Золотарев В. М. и др.. Приставка дл получени спектров нарушенного полного внутреннего отражени НПВО, ОМП, Л1 8, 1966, с. 24-28.2. Zolotarev, V.M., et al., Prefix for obtaining spectra of impaired total internal reflection of an ATR, OMP, L1 8, 1966, p. 24-28.