Устройство для измерения показателя преломления прозрачных сред и его флуктуаций

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД И ЕГО ФЛУКТУАЦИИ, содержащее размещенные в герметичном корпусе с иллюминаторами источник излучения и расположенные вдоль оптической оси устройства по ходу излучения коллиматор , фокусирующий объектив, диафрагма и фотоприемник, соединенный через блок обработки с регистратором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство дополнительно введены светоделительная коммутирующая призма с отражающими катетными гранями, телескопическая система, состоящая по крайней мере из двух линз, компенсирующая система, состоящая по крайней мере из двух плоскопараллельных пластин, и две поворотные прямоугольные призмы, при этом светоделительная коммутирующая призма установлена в корпусе между иллюминаторами на оптической оси устройства между коллиматором и фокусирующим объективом с возможностью вращения на оси, проходящей через точку пересечения оптической оси устройства с прямой, соединяющей верщины прямых углов поворотных прямоугольных призм, установленных вне корпуса на одинаковых расстояниях от иллюминаторов, линзы телескопической системы установлены вне корпуса по ходу излучения между первым иллюминатором и первой поворотной прямоугольной призмой, а плоско-параллельные пластины компенсирующей системы, расположены вне корпуса по ходу излучения между вторым иллюминатором и второй поворотной прямо (Л угольной призмы, причем гипотенузные грани поворотных прямоугольных призм и плоскости иллюминаторов параллельны друг другу и оптической оси устройства , при этом источник излучения, коллиматор, телескопическая система с соответствующими поворотной прямоугольной призмой и иллюминатором, коммутирующая светоделительная гризма , фокусирующий объектив и фотопри:л емник образуют измерительный канал, а источник излучения, коллиматор, компенсирующая система с соответствующей noBopOTHOf; прямоугольной приз- 4 СО мой и иллюминатором, коммутирующая ,светоделительная призма, фокусирующий объектив и фотоприемник образуют опорный канал.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:: -;;,,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДУПЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3321497/18-25 (22) 17.07.81 (46) 15.11.83 Бюл. Р 42 (72) В.В.Бачериков, В.С.Зеленчук, С.A.Êóáûøêèí и В.В.Ивановский (53) 535.885(088.8) (56) 1. Грум-Гржимайло С.В. Приборы и методы для оптического контроля деталей. NI. Наука, 1972, с.107.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 673956, кл. G 02 В 27/30, 1977 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ

СРЕД И ЕГО ФЛУКТУАЦИЙ, содержащее размещенные в герметичном корпусе с иллюминаторами источник излучения и расположенные вдоль оптической оси устройства по ходу излучения коллиматор, фокусирующий объектив, диафрагма и фотоприемник, соединенный через блок обработки с регистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в устройство дополнительно введены светоделительная коммутирующая призма с отражающими катетными гранями, телескопическая система, состоящая по крайней мере иэ двух линз, компенсирующая система, состоящая по крайней мере из двух плоскопараллельных пластин, и две поворотные прямоугольные призмы, при этом светоделительная коммутирующая призма установлена в корпусе между иллюминаторами на оптической оси устройства между коллиматором и фокусирующим объективом с воэможностью вращения на оси, проходящей через точку пересечения оптической оси устройства с прямой, соединяющей вершины прямых углов поворотных прямоугольных призм, установленных вне корпуса на одинаковых расстояниях от иллюминаторов, линзы телескопической системы установлены вне корпуса по ходу излучения между первым иллюминатором и первой поворотной прямоугольной призмой, а плоско-параллельные пластины компенсирующей системы, расположены вне корпуса по ходу излучения между вторым иллю- щ минатором и второй поворотной прямоугольной призмы, причем гипотенуэные грани поворотных прямоугольных призм и плоскости иллюминаторов параллель- С ны друг другу и оптической оси устройства, при этом источник излучения, Я коллиматор, телескопическая система с соответствующими поворотной прямоугольной призмой и иллюминатором, коммутирующая светоделительная призма, фокусирующий объектив и фотоприемник образуют измерительный канал, а источник излучения, коллиматор, компенсирующая система с соответствующей поворотной грямоугольной призмой и иллюминатором, коммутирующая ,светоделительная призма, фокусирующий объектив и фотоприемник образуют опорный канал.

105474 g

Изобретение относится к построению оптических схем приборов, предназначенных для исследований оптических характеристик прозрачных сред, в частности для измерения показателя преломления и его флуктуаций в водах Мирового океана и внутренних водоемов с целью расширения ряда научных и народнохозяйственных задач.

Известен погружаемый измеритель неоднородностей показателя преломления морской воды, содержащий источник. света, коллимирующий объектив, входной и выходной иллюминаторы и фотоприемный блок, построенный по l5 принципу теневого (1).

Однако эта схема обладает малой чувствительностью.

Наиболее близким к изобретению является устройство измерения показателя преломления прозрачных сред ,и его флуктуаций, содержащее размещенные в герметичном корпусе с иллюминаторами источник излучения и расположенные вдоль оптической оси устройства по ходу излучения коллиматор, фокусирующий объектив, диафрагму и фотоприемник, соединенный через блок обработки с регистратором (2).

Однако это устройство вследствие того, что имеет только один канал, вынесенный в исследуемую среду, показатель ослабления которой может изменяться одновременно с флуктуациями показателя преломления среды, чувствительно к обоим параметрам одновременно, и выделить шумовой сигнал от влияния флуктуаций показателя ослабления среды не представляется возможным, а это, в свою очередь, приводит к дополнительным погрешнос- 40 тям.

Целью изобретения является повыце- ние точности измерения.

Поставленная цель достигается тем,45 что в устройство для .измерения пока- . зателя преломления прозрачных сред и его флуктуаций, содержащее размещенные в герметичном корпусе с иллюминаторами источник излучения и рас-,>0

Положенные вдоль оптической оси устройства по ходу излучения коллиматор, фокусирующий объектив, диафрагму и фотоприемник, соединенный через блок обработки с регистратором, дополнительно введены светоделительная коммутирующая призма с отражающими катетными гранями, телескопическая

У система, состоящая по крайней мере иэ двух линз, компенсирующая система, состоящая по крайней мере из двух 0 плоскопараллельных пластин, и две поворотные прямоугольные призмы, при этом светоделитвльная коммутирующая призма установлена в корпусе между иллюминаторами на оптической оси 65 устройства между коллиматором и фокусирующим объективом с возможностью вращения на оси, проходящей через точку пересечения оптической оси устройства с прямой, соединяющей вершины прямых углов поворотных прямоугольных призм, установленных вне корпуса на одинаковых расстояниях or иллюминаторов, линзы телескопической системы установлены вне корпуса по хоцу излучения между первым иллюминатором и первой поворотной прямоугольной призмой, а плоско-параллельные пластины компенсирующей системы расположены вне корпуса по ходу излучения .между вторым иллюминатором и второй поворотной прямоугольной призмой, причем гипотенузные грани поворотных прямоугольных призм и плоскости иллюминаторов параллельны друг другу и оптической оси устройства, при этом источник излучения, коллиматор, телескопическая система с соответствующими поворотной прямоугольной призмой и иллюминатором, коммутирующая светоделительная призма, фокусирующий объектив и фотоприемник образуют измерительный канал, а источник излучения, коллиматор, компенсирующая система с соответствующей поворотной прямоугольной призмой и иллюминатором,коммутирующая светоделительная призма, фокусирукщий объектив и фотопрыемник образуют опорный канал.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит герметичный корпус 1 с установленными в нем источником света 2, коллиматором, состоящим из конденсатора Э полевой диафрагмы 4 и коллиматорного объектива 5, в фокусе которого она находится. Имеется также светоделительная коммутирующая призма 6, представляющая собой прямоугольную призму с нанесенными на ее катетные грани зеркальными отражающими покрытиями, установленную на оптической оси прибора с возможностью вращения вокруг оси перпендикулярной плоскости чертежа и проходящей через середину биссектрисы прямого угла призмы. Измерительный канал устройства включает иллюминатор 7 и вынесенную в среду телескопическую систему, состоящую из линз 8,9, введенную между иллюминатором и выносной поворотной прямоугольной призмой 10 измерительного канала.

В опорный канал между иллюминатором 11 и вынесенной в среду поворотной прямоугольной призмой 12 установлена компенсирующая система, состоящая из двух плоскопараллельных пластин 13, 14 иэ тсго же материала, что и линзы 8,9 телескопической системы, В приемной части корпуса 1 размещен фокусирующий объектив 15 с диа1054749 4 d «ь

Ъ 5

Ф,=ф."., (1 „ 4. г р2Е

9 -Ф„=t(< t., где = P l <<-p) е "р" фрагмой 16, находящеися в его фокальной плоскости. За диафрагмой 16 установлен фотоприемник 17, электрически связанныи через блок обработки 18 с регистраторогл 19.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 2 проектируется конденсатором 3 на полевую диафрагму 4,коллиматорного объектива 5, направляющего параллельный све- 0 товой поток на светоделительную ком мутирующую призму, которая вращается вокруг оси перпендикулярной плоскости чертежа и проходящей через середину. биссектрисы прямого угла и опти- 15 ческую ось прибора, а ее зеркальные грани поочередно отводят излучение через иллюминаторы 7 11 в измерительный и опорный каналы прибора. Пройдя через исследуемую среду в опорном 70 канале и отразившись от поворотной прямоугольной призмы 12, поток возвращается в прибор через иллюминатор

11, причем компенсирующие пластины

13, 14 не вносят искажений в геомет" g5 рию пучка при любых показателях преломления среды n > . При прохождении потока через исследуемую среду в измерительном канале телескопическая система из линз 8,9 вносит изменения в геометрию светового потока измерительного канала, который, отразившись от его поворотной прямоугольной призмы 10, возвращается через иллюминатор 7 в приемнУю часть пРибоРа. Да- З лее излучение каналов направляется зеркальными гранями вращающейся светоделительной коммутирующей призмой

6 на входной храчок фокусирующего объектива 15, строящего на диафрагме 16, сопряженной оптически с диафрагмой коллиматора 4 ее изображение.

В случае, когда n =n соблюдается соотношение где d4, d«6 — диаметры диафРагм;

f f — фокусные расстояния кол5,,«5 лиматорного и фокусирую- 50 щего объективов.

Фотоприемник 17 преобразует световой сигнал в пропорциональный ему электрический.

Величина потока, пришедшего на 55 фотоприемник в опорном канале равна где Ф вЂ” поток, вышедший в среду;

"о — коэффициент пропускания оптических элементов в опорном канале; 65 (4- р )«- коэффициент, учитывающий потери потока на поверхностях компенсирующих пластин;

1 г — множитель, характеризующий ослабление потока в среде, с показателем ослабления Е,р на расстояние 2 1«.

Прохождение потока через среду в измерительном канале происходит следующим образом.

В случае, когда показатель преломления среды равен по и фокусы линзы 8 и линзы 9, образующих телескопическую систему находятся в одной плоскости, геометрия потока, прошедшего элементы измерительного канала, не меняется и иэображение полевой диафрагмы 4 коллиматора, построенное фокусирующим объективом

15, не виньетируется диафрагмой 16 фотоприемника 17.

Тогда поток, пришедший на фотоприемник 17 в измерительном канале равен ф <р ",. (, 4 (-6„26, где с«, — коэффициент пропускания оптических элементов измерительного каналаг («- р Д - коэффициент, учитывающий потери потока на поверх1 ностях линз телескопической системы множитель, характеризующий ослабление потока в среде на расстоянии 2 М .

Учитывая, что материалы элементов опорного и измерительного каналов подобраны так, что л, (4 4 (4 е, е, разность 6 =Ф -Ф, =О.

При показателях преломления среды, отличных от nz, в тегескопической системе происходит расфокусировка, изменякщая геометрию потока, и часть изображения полевой диафрагмы 4 кол" лиматора виньетируется диафрагмой 15.

Поток, пришедший на фотоприемник

17, в этом случае равен где К вЂ” коэффициент виньвтирования, 5 зависящий только от и,, и разность

1054749 пср "о .

Составитель A.Ñèëèí

Редактор С.Тимохина Техред A.Áàáèíåö Корректор В.Бутяга

Заказ 9095/50 Тираж 873 Под пис ное

ВНИИПИ 1осударственного комитета СССР

»о делам изобретений и открытий

113035, 14осква, Е-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП 11атент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Причем величина Ь пропорциональ" на отклонению

Использование предлагаемого устройства при измерениях показателя преломления прозрачных сред и его флуктуаций позволяет повысить точность измерений вследствие того, что двухканальная схема не чувствительна к изменениям показателя ослабления исследуемой среды, так как оптическая длина хода луча в обоих каналах одинакова.