Фотоэлектрический поляриметр

 

б«бли - !;

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИ ЕДЬСТВУ п> 482660

Соав Советских

Социалистических

Реслублик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 27.07.72 (21) 1813790/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 30.08.75. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 03.12.75 (51) М. Кл. G Оlп 21/40

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР

Ia делам изооретений и открытий (53) УД К 535,511 (088. 8) (72) Авторы и::обретения

P. Я. Кеймах, Л. H. Вейн и Ю. М. Глыбин (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский и экспериментальноконструкторский институт продовольственного машиностроения (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИМЕТР

Изобретение предназначено для измерения угла поворота плоскости поляризации света оптически активными веществами.

Известны фотоэлектрические поляриметры, содержащие спектральный источник излучения, интерференционный светофильтр, поляризатор-модулятор света по колебаниям его плоскости поляризации, блок объекта измерения, анализатор, установленный по центру отсчетного устройства и жестко с ним скрепленный, фотоэлемент, следящую систему, связанную с помощью фазового двигателя с анализатором и отсчетным устройством. При работе фотоэлектрических поляриметров на длинах волн 589 нм и линиях ртути в качестве источников излучения применяются соответственно спектральные лампы натриевые и ртутные со светофильтрами. Светофильтры должны обеспечить пропускание заданной рабочей длины волны.

При работе с натриевой лампой удается сравнительно легко, пользуясь светофильтрами по ГОСТ, выделить дублет Na (Хr — — 5896А и л — — 5890 А ) ..

При работе с ртутной лампой в связи с тем, что ширина пропускания выпускаемых отечественной промышленностью интерференционных светофильтров составляет в середине максимума величину порядка 6 — 10 нм, а также в связи с наличием так называемых

«крыльев» светофильтров, не удается полностью «отрезать» все длины волн, присутствующие в спектре ртути, и выделить только одну — рабочую длину волны. Это обстоятельство приводит к дополнительной погрешности измерения вследствие проявления дисперсии оптического вращения. Расчет погрешности, проведенный для ртутной липни fv = 546 нм (наиболес благоприятной с точки зрения выделения) показал, что при использовашш светофильтра, имеющего максимум пропускания

3.m, = 5461 А и ширину пропускания 26 =

= 40 А при измерении угла вращения 25 ошибка составляет Л = 0,0014, а при исполь15 зовании серийно выпускаемого светофильтра с характеристикой 1,„ = 5461 А и 26 =

= 100 А ошибка измерения от немонохроматичности составляет для угла вращения 25

А = 0,0175 .

При современных требованиях к точности измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активными веществами порядка 1.10 — указанные ошибки от немонохроматичности не допустимы.

В целом ряде случаев целесообразно применение в фотоэлектрических поляриметрах источников света в виде ламп накаливания с интерференционными светофильтрами, особенно в приборах производственного назначения. Лампы накаливания значительно проще

482660

50 где lo—

65

3 в эксплуатации — не требуют специальных источников питания, более долговечны и дешевы.

Однако, заменить в известных поляриметрах спектральный источник излучения на источник излучения в виде лампы накаливания с интерференционным светофильтром не представляется возможным, так как при этом погрешность измерения, связанная с влиянием на измеряемый угол вращения немонохроматичности светового потока из-за спектральных характеристик интерференционных светофильтров может достигать величин порядка 0,5—

0,8 .

Устранение погрешности прибора, связанной с немонохроматичностью потока - излучения, проходящего через его оптический тракт, возможно за счет введения промежуточного звена между анализатором и шкалой отсчетного устройства, которое позволяет изменять передаточное отношение между углами поворота анализатора и шкалой отсчетного устройства.

Известен автоматический поляриметр с компенсатором в цепи обратной связи, в котором с целью изменения цены деления шкалы отсчетного устройства компенсатор выполнен в виде сектора и связан со щупом кулачкового механизма.

Однако, применение кулачкового механизма для изменения цены деления шкалы отсчетного устройства допустимо лишь в случае малых пределов измерения (порядка 3—

5 ), когда профиль кулачка выполнен по архимедовой спирали. В этом случае изменение цены деления отсчетного устройства осуществляется изменением длины рычага, связанного с кулачком.

При больших же пределах измерения, а в приборах общепромышленного назначения пределы измерения составляют 30 — 40, применение кулачкового механизма позволяет лишь существенно снизить требования к точности изготовления шкал, но изменять цену деления шкалы изменяя длину рычага, как в предыдущем случае, недопустимо, так как подъем кулачка существенно нелинейно связан с углом его поворота.

Цель изобретения — повышение точности измерения угла вращения плоскости поляризации оптически активным веществом при использовании в нем спектрального источника излучения и обеспечение возможности использования в качестве источника излучения лампы накаливания.

Для достижения поставленной цели в кинематическую цепь, связывающую анализатор с отсчетным устройством, введен рычажный шарнирный механизм, в котором ведомое звено жестко связано с анализатором и выполнено регулируемым по длине.

На чертеже схематически показан предлагаемый фотоэлектрический поляриметр.

Прибор содержит источник излучения 1 (лампу накаливания или спектральную лампу), конденсатор 2, интерференционный све5

Зо

4 тофильтр 3, поляризатор-модулятор света по колебаниям его плоскости поляризации 4, блок установки объекта измерения 5, анализатор 6, фотоэлектронное устройство 7, 8, реверсивный электродвигатель 9 и 10 с редуктором, кулачковый механизм 11 и 12, отсчетное устройство 13 и рычажный шарнирный механизм 14, в котором ведомое звено 15 жестко связано с анализатором 6 и выполнено регулируемым по длине.

11оляриметр работает следующим образом.

Световой поток от источника излучения 1 конденсатором 2 направляется параллельным пучком через интерференционный светофильтр

3 на поляризатор-модулятор 4. Модулированный по плоскости поляризации (относительно среднего ее положения) световой поток проходит далее через оптически активный объект измерения 5, который поворачивает плоскость поляризации каждой из присутствующих в световом потоке монохроматических составляющих на угол, пропорциональный удельному вращению исследуемого вещества для данной длины волны.

После анализатора 6 каждая монохроматическая составляющая светового потока оказывается промодулированной по интенсивности.

При этом переменная часть интенсивности модулированного светового потока для каждой монохроматической составляющей содержит слагаемую, изменяющуюся с частотой модуляции и с удвоенной частотой.

Затем световой поток преобразуется фотоэлектронным устройством 7 и 8 в переменное напряжение, которое подается на одну из двух обмоток статора реверсивного двигателя 9. Вторая обмотка двигателя 9 питается от общего источника с модулятором. Такой двигатель, связанный с анализатором 6 посредством кинематической цепи, включающий кулачковый 11, 12 и рычажный 14 механизмы автоматически обеспечивает поворот анализатора 6 из любого промежуточного положения и установку его в положение баланса, Если фильтр пропускает монохроматический компонент излучения уравнение баланса будет иметь вид:

l=n, о Тр" 5 sin 2 (ао — J ): О, к=т спектральная интенсивность лучистого потока для монохроматической компоненты; спектральный коэффициент пропускания интерференционного светофильтра; коэффициент спектрального пропускания оптической системы при параллельных поляризаторах; спектральная чувствительность фотоприемника; угол поворота плоскости поляризации излучения оптически активным веществом для -той компоненты;

482660

Предмет изобретения где 31, =,/,— 1, Составитель А. Штейн

Техред Т. Миронова

Корректоры: Л. Денискина и О. Тюрина

Редактор H. Коляда

Заказ 3173/8 Изд. № 1776 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ав — угол между направлениями колебаний, пропускаемыми поляризатором и анализатором.

Систематическая погрешность измерения, связанная с немонохроматичностью излучения Л/, может быть определена из уравнения:

i=n, Io; To;-. Sisln 2o/i

Л/ = — arctg,„ Т„Т,-;Я; cos 2оfi

i=1

Для исключения этой систематической погрешности достаточно изменить с помощью микровинта длину рычага 15, жестко связанного с анализатором 6, добиваясь соответствия между величиной, введенной в оптический тракт эталонной оптической активности и показаниями по шкале отсчетного устройства. Изменение длины ведомого звена 15 в пределах до 0,2 — 0,3 мм оказывается достаточным для устранения погрешности порядка

0,5 — 0,8 при измерении угла до 25 .

Фотоэлектрический поляриметр, содержа10 щий источник излучения, поляризатор-модулятор света по колебаниям его плоскости поляризации, блок объекта измерения, анализатор, связанный кинематической цепью с отсчетным устройством, фотоэлектронное устройство и

15 двигатель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и обеспечения возможности применения в качестве источника излучения лампы накаливания, в кинематическую цепь введен рычажный шар20 нирный механизм, ведомое звено которого жестко связано с анализатором и выполнено регулируемым по длине.