Рефрактометр

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в океанологии , биологии, химической Фармацевтической промышлен нос / л и - ц для непосредственного и дистанционного рений показателя преломления сред Цель изобретения - 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 сопряжен непосредственно с двумя 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 сопряжен 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

СОЮЗ СОВ! 1 ПНИX

СОЦИЯПИСТИЧЕСКИХ

РЕC!!YЬПИK (н)5 G 01 N 2 1/41

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4681809/25 (22) 19.04.89 (46) 15.10.91, Бюл, М 38 (72) Г.Д.Дворников (53) 535.24 (088.8) (56) Жаботинский M.Á. и др. Крутой изгиб волокнистого световода - основа датчиков физических величин. -Радио-техника;1982, М8,с.8-13

Авторское свидетельство СССР

М 1303909, кл, G 01 и 21/41, 1985. (54) РЕФРАКТОМЕТР (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в океанологии, биологии, химической. фармацевтической промышленнос-и и —.ц, для непосредственного и дистанционного изм»рений показателя преломления ж»дкик сред, Цель изобрегения — повышение точноИзобретение относится к технической физике, а именно к рефрактометрическим приборам для анализа жидкостей, и может быть использовано для непосредственного и дистанционного измерений показателя преломления в океанологии при исследовании параметров состояния морской воды в условиях Мирового океана, в технике для дистанционного контроля и управления режимом работы технологических установок, функционирующих в сложных условиях воздействия окружающей среды, например при высокихтемпературах, сильных электромагнитных полях, вибрации. взрывоопасных помещениях и т.д., в метрологии при разра„„. Ц „„1684629 А1 сти измерений. Рефрактометр содержит два источника света, чувствительный элемент, выполненный в виде изогнутого участка световода, помещенного в исследуемую среду, два фотоприемника, один из которых оптически сопряжен непосредственно с двумя источниками света, а другой — через световод, блок обработки информации, подключенный к выходам обоих фотоприемников, и генератор импульсов, подсоединенный к источникам света и блоку обрабо1ки информации, Входной торец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световада через ингерференционное покрытие со спек ральной характеристикой типа отсекающего фильтра, а выходной торец чувствительного элемента снабжен зеркальным светоотражающим покрытием с защитной оболочкой. 3 ил. ботке образцовых средств измерений, а также в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности, Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта.

На фиг. 1 показана принципиальная схема рефрактометра; на фиг. 2 — график зависимости коэффициента пропускания изгиба световода от показателя преломления исследуемой среды; на фиг. 3 — типичный график спектрального коэфф .циента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра.

1684629

Рефрак ометр содержит генератор 1 импульсов, имеющий два выхода, один из которых соединен с первым источником 2 света, а другой — с вторым исгочником 3 света, светоделители 4 и 5. например полупрозрачные зеркала, гибкий волоконный световод 6 (одномодовый или многомодовый), 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 микро Э В М.

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 светоделителя 4 часть света попадает на фотоприемник 11, соединенный с блоком 12 обработки информации, а оставшаяся часть света проходит через светоделитель

5, распространяется по волоконному световоду 6, проходит через интерференционное покрытие 7 и распространяется вдоль чувствительного элемента 8, при этом часть света проникает в исследуемую среду, преломляясь на границе раздела чувствительный элемент — исследуемая среда, а оставшаяся часть света отражается зеркальным покрытием 9, распространяется в обратном направлении и после светоделителя 5 поступает на фотоприемник 10, сигнал с выхода которого подается в блок 12 обработки информации. в котором вычисляется отношение сигналов фотоприемников 10 и 11 M> = U> /U>

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 оставшаяся часть света проходит через светоделитель 5, распространяется по волоконному световоду 6, отражается ин1ерференционным покрытием 7, распространяется в обратном направлении и после светоделителя 5 поступает на фотоприемник 10. сигнал с выхода которо о подается в блок 12 обработки информации, в котором вычисляется отношение

45 сигналов фотоприемников 10 и 11 Mz

=02 /Ug

S результате после подачи от генератора 1 импульсов на один и другой источники света в блоке 12 обработки информации вычисляется величина М>/Mz. зависящая только от показателя преломления исследуемой среды и не зависящая от мощности источников света, характеристик фотоприемников и гибкого волоконного световода.

Работа рефрактометра основана на зависимости от коэффициента пропускания крутого изгиба световода от показателя и реломления исследуемой среды. Типичный график этой зависимости представлен на фиг, 2. Диапазон п1 — nz измерений чувствительности рефрактометра зависит от соотношения между показателями преломления исследуемой среды и чувствительного элемента и радиуса изгиба последнего. На фиг. 3 представлен график спектрального коэффициента пропускания интерференционного покрытия типа отсекающего фильтра. Рабочие длины волн А1 и Л2 первого 2 и второго 3 источников света выбираются соответственно в областях наибольшего и наименьшего пропускания интрференционного покрытия 7 (фиг, 3), Сигналы фотоприемников 10 и 11 от первого источника света, излучающего на длине волны Х1, вычисляются по формулам:

U1 = Sl Ф1 711gт(Л1, п ); (1)

01 = Яя Ф1 giz, (2) где Si, Яц — чувствительность по напряжению фотоприемников 10 и 11;

f11 — пропускание оптического тракта (исключая световод) на пути от источника 2 света до фотоприемника 10; 1г — пропускание оптического тракта на пути от источника 2 света до фотоприемника 11: у — пропускание световода; т(А1, и ) — пропускание чувствительнсго элемента на длине волны А1, Ф1 — поток, излучаемый источником 2 света.

Сигналы фотоприемников 10 и 11, принимающих потоки от источника 3 света, излучающего на длине волны i, вычисляются соответственно по формулам: 6 =Si&yzig; (3)

UJ = Sii % ) 22 (4) где > — пропускание оптического тракта (и:ключая световод) на пути от ис1очника 3 света до фотоприемника 10; р — пропускание оптического тракта на пути от источника 3 света до фотоприемника 11:

1684629

Ф вЂ” поток, излучаемый источником 3 света на длине волны Ар .

С помощью выражений нетрудно убедиться, что в отношении сигналов

1 II 5 —, = — — — т(Я, и ) (5)

Ml 0 1 02 $11 )22

Ì2 01 0р 7 > А1 исключено влияние флуктуаций мощности источников света, нестабильности характеристик фотоприемников и коэффициента пропускания гибкого волоконного свето вода, Чувствительный элемент может быть выполнен в виде схемного элемента нарушенного полного внутреннегоотражания,изготовленного иэ оптического материала с показателем преломления, близким к показателю преломления исследуемой среды, Формула изобретения 20

Рефрактометр, содержащий источник света с длиной волны излучения Й, оптически связанный с входом гибкого волоконного световода, чувствительный элемент в виде изогнутого участка световода и два фотоприемника, вход одного иэ которых оптически связан с источником света через световод, и блок обработки информации, соединенный с выходами фотоприемников, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений показателя преломления путем учета нестабильностей характеристик оптического тракта, в него введены второй источник света с длиной волны излучения А и генератбр импульсов, соединенный с обоими источниками света и блоком обработки информации, а вход второго фотоприемника оптически связан непосредственно с источником света, при этом входной торец чувствительного элемента оптически сопряжен с выходным торцом световода через интерференционное покрытие со спектральной характеристикой типа отсекающего фильтра, пропускающего излучение с длиной волны il< и отражающего излучения с длиной волны Аг, а выходной торец чувствительного элемента снабжен светоотражающим покрытием.

1684629 л, А

@us 3

Составитель Ю.Гринева

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор А.Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3500 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытИям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5