Интерференционный рефрактометр
Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для измерения показателей преломления оптически прозрачных изолированных сред, и может быть использовано для контроля газообразных технологических сред в ходе производственных процессов. Сущность изобретения: в состав интерферометра монохроматического света введен второй канал, оптически связанный с измерительной кюветой. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению показателей преломления оптически прозрачных изолированных газообразных сред, и может быть использовано при исследовании характеристик газовых сред в ходе технологических процессов.
Известен интерференционный рефрактометр, состоящий из интерферометра белого света, интерферометра монохроматического света и компенсатора оптической разности хода, выполненного в виде плоскопараллельной стеклянной пластины, при этом интерферометр белого света оптически связан с измерительной кюветой, а интерферометр монохроматического света - с эталонной кюветой [1] . Недостатком известного рефрактометра является его невысокая точность и низкое быстродействие, что не позволяет использовать его для целей производственного контроля. Наиболее близким к изобретению является интерференционный рефрактометр, состоящий из интерферометра белого света, инерферометра монохроматического света и резервуара с газом под давлением, при этом интерферометр белого света оптически связан с измерительной и первой контрольной кюветами и содержит установленные на его выходе первый фотоприемник и блок регистрации положения ахроматической полосы, интерферомер монохроматического света оптически связан с эталонной и второй контрольной кюветами и содержит источник монохроматического излучения, оптически связанный с первой светоделительной пластиной, и установленное по ходу прошедшего первую светоделительную пластину излучения первое зеркало, установленные по ходу излучения, отраженного от первой светоделительной пластины, второе зеркало, вторую светоделительную пластину и второй фотоприемник, выходом соединенный с входом первого блока регистрации изменений порядка интерференции, вход синхронизации которого подключен к синхровыходу блока регистрации положения ахроматической полосы интерферометра белого света, а первая и вторая контрольные кюветы связаны через регулятор давления с резервуаром [2] . Недостатком известного рефрактометра является его невысокое быстродействие, связанное со значительной инерционностью регулятора давления, последнее существенно ограничивает функциональные возможности рефрактометра и не позволяет использовать его для целей производственного контроля. Целью изобретения является повышение быстродействия. Цель достигается тем, что в интерференционном рефрактометре, состоящем из интерферометра белого света, интерферометра монохроматического света и резервуара с газом под давлением, при этом интерферометр белого света оптически связан с измерительной и первой контрольной кюветами и содержит установленные источник коллимированного белого света, оптически связанный с первым фотоприемником, и блок регистрации положения ахроматической полосы, интерферометр монохроматического света оптически связан с эталонной и второй контрольной кюветами и содержит источник монохроматического излучения, оптически связанный с первой светоделительной пластиной, и установленное по ходу прошедшего первую светоделительную пластину излучения первое зеркало, установленные по ходу излучения, отраженного от первой светоделительной пластины, второе зеркало, вторую светоделительную пластину и второй фотоприемник, выходом соединенный с входом первого блока регистрации изменений порядка интерференции, вход синхронизации которого подключен к выходу блока регистрации положения ахроматической полосы интерферометра белого света, а первая и вторая контрольные кюветы связаны через регулятор давления с резервуаром, интерферометр монохроматического света дополнительно оптически связан с измерительной кюветой и содержит установленные по ходу излучения по обеим сторонам эталонной кюветы третью и четвертую светоделительные пластины, установленные по ходу излучения, отраженного от третьей светоделительной пластины, третье зеркало, пятую светоделительную пластину, расположенные по обеим сторонам от измерительной кюветы, и третий фотоприемник, выходом соединенный с входом второго блока регистрации измерений порядка интерференции, вход синхронизации которого подключен к выходу блока регистрации положения ахроматической полосы интерферометра белого света. На чертеже показана схема интерференционного рефрактометра. Рефрактометр содержит интерферометр 1 монохроматического света, состоящий из лазера 2, установленных по ходу излучения в эталонном плече первой и второй светоделительных пластин 3, 4, эталонной кюветы 5, третьей светоделительной пластины 6 и первого зеркала 7, установленных по ходу излучения, отраженного от светоделительной пластины 3, второго зеркала 8, первой контрольной кюветы 9, четвертой светоделительной пластины 10 и первого фотоприемника 11, выходом соединенного с входом первого блока 12 регистрации измерений порядка интерференции (ИПИ). Кроме того, интерферометр 1 включает установленные по ходу излучения, отраженного от светоделительной пластины 4, третье зеркало 13, измерительную кювету 14, пятую светоделительную пластину 15 и второй фотоприемник 16, выходом соединенный с входом второго блока 17 регистрации ИПИ. Рефрактометр также содержит интерферометр 18 белого света, состоящий из источника 19 коллимированного белого света, установленных по ходу излучения шестую светоделительную пластину 20, вторую контрольную кювету 21 и четвертое зеркало 22, установленное по ходу излучения, отраженного от светоделительной пластины 20, шестое зеркало 23, измерительную кювету 14, седьмую светоделительную пластину 24 и третий фотоприемник 25, выходом соединенный с входом блока 26 регистрации положения ахроматической полос (АП), синхровыход которого соединен с входами синхронизации блоков 12, 17 интерферометра 1 монохроматического света. Кроме того, рефрактометр содержит резервуар 27 с газом под давлением, связанный через регулятор 28 давления с контрольными кюветами 9 и 21 и образующий совместно с ними компенсатор оптической разности хода. Интерференционный рефрактометр работает следующим образом. Интерферометр 18 используется в качестве следящей системы за положением АП. При этом световой пучок, сформированный источником 19, делится пластиной 20 на два пучка, первый из которых проходит контрольную кювету 21 и отражается от зеркала 22, а второй пучок отражается от зеркала 23, проходит измерительную кювету 14 с контролируемым веществом, пластину 24 и, интерферируя с первым пучком, образует интерференционную картину в белом свете, регистрируют фотоприемником 25. В зависимости от величины показателя преломления газа в кювете 21 АП в интерференционной картине будет занимать то или иное положение. Регистрация положения АП осуществляется с помощью блока 26. Для повышения точности измерения положения АП может быть использован модуляционный принцип регистрации с использованием модулятора различных конструкций. Интерферометр 1 используется для целей непосредственного измерения компенсирующих воздействий, связанных с изменением показателей преломления газа в кюветах 9, 21. При этом световой пучок лазера 2 делится пластинами 3, 4, далее проходит через эталонную кювету 5, повторно делится пластиной 6 и отражается от зеркала 7. Отраженный от пластины 3 световой пучок повторно отражается от зеркала 8, проходит контрольную кювету 9 и пластину 10 и, интерферируя с отраженным от зеркала 7 пучком, образует первую интерференционную картину в монохроматическом свете, регистрируемую фотоприемником 11. Для регистрации величины ИПИ используется блок 12. В частности, для повышения точности измерения ИПИ в схеме интерферометра может быть реализован модуляционный принцип с использованием модуляционный принцип с использованием модуляторов различных конструкций. Интерферометр 1 также используется для слежения за изменением показателя преломления контролируемого вещества в ходе технологического процесса. При этом световой пучок, отраженный от пластины 4, отражается повторно от зеркала 13, проходит измерительную кювету 14 и пластину 15 и, интерферируя со световым пучком, отраженным от зеркала пластины 6, образует вторую интерференционную картину монохроматического света, регистрируемую фотоприемником 16 (регистрация ИПИ осуществляется с помощью блока 17). Измерение показателя преломления исследуемого вещества (до начала технологического процесса) n осуществляется следующим образом. На первом этапе кюветы 5, 9, 14, 21 вакуумируются (этап калибровки) и определяется нулевое положение АП, которое запоминается в средствах памяти блока 26. Далее кювета 14 заполняется исследуемым веществом (подготовка к началу технологического процесса), при этом кюветы 9, 21 продолжают оставаться вакуумированными. В этот момент времени осуществляется регистрация и запоминание исходного значения порядка интерференции (с помощью блока 12). Интерферометр 18 осуществляет слежение за положением АП, однако из-за существенных различий показателей преломления исследуемого вещества и вакуума АП в этот момент времени может располагаться вне поля зрения фотоприемника 25, в результате чего до определенного момента времени система слежения за положением АП остается бездействующей. После заполнения исходным продуктом технологического процесса кюветы 14 приоткрывают регулятор 28, в результате чего контрольное вещество (газ под давлением) начинает поступать небольшими порциями в кюветы 9, 12. Управление регулятором 28 может осуществляться вручную или автоматически. Интерферометр 1 начинает фиксировать ИПИ, вызываемые изменениям показателя преломления контрольного вещества в кювете 9. По мере приближения значения показателя преломления контрольного вещества в кювете 21 к значению показателя преломления исследуемого вещества в кювете 14 в поле зрения фотоприемника 25 появляется АП, которая смещается в направлении ее нулевого положения. При этом интерферометр 1 продолжает фиксировать ИПИ, вызванные непрерывным изменением показателя преломления контрольного вещества в кювете 9 за счет поступления в нее порций контрольного вещества из резервуара 27. Одновременно ИПИ фиксируются фотоприемником 16 и блоком 17, однако зафиксированные результаты в эти моменты времени не носят информативного характера. Далее при совпадении значений показателей преломления исследуемого вещества и вещества в кювете 21 АП перемещается в нулевое положение. При этом блок 26 интерферометра 18 формирует синхросигнал, поступающий на синхровходы блоков 12, 17, блок 17 инициирует обнуление зарегистрированных им значений ИПИ, а блок 12 фиксирует текущее значение порядка интерференции и определяет результирующую величину ИПИ -








Формула изобретения
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ РЕФРАКТОМЕТР, состоящий из интерферометра белого света, интерферометра монохроматического света и резервуара с газом под давлением, при этом интерферометр белого света оптически связан с измерительной и первой контрольной кюветами и содержит источник коллимированного белого света, оптически связанный с первым фотоприемником, и блок регистрации положения ахроматической полосы, интерферометр монохроматического света оптически связан с эталонной и второй контрольной кюветами и содержит источник монохроматического излучения, оптически связанный с первой светоделительной пластиной, и установленное по ходу прошедшего первую светоделительную пластину излучения первое зеркало, установленное по ходу излучения, отраженного от первой светоделительной пластины, второе зеркало, вторую светоделительную пластину и второй фотоприемник, выходом соединенный с входом первого блока регистрации изменений порядка интерференции, вход синхронизации которого подключен к выходу блока регистрации положения ахроматической полосы интерферометра белого света, а первая и вторая контрольные кюветы связаны через регулятор давления с резервуаром, отличающийся тем, что интерферометр монохроматического света дополнительно оптически связан с измерительной кюветой и содержит установленные по ходу излучения по обеим сторонам эталонной кюветы третью и четвертую светоделительные пластины, установленные по ходу излучения, отраженного от третьей светоделительной пластины, третье зеркало, пятую светоделительную пластину, расположенные по обеим сторонам от измерительной кюветы, и третий фотоприемник, выходом соединенный с входом второго блока регистрации изменений порядка интерференции, вход синхронизации которого подключен к выходу блока регистрации положения ахроматической полосы интерферометра белого света.РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения оптических разностей хода, например, в поляризационно-оптическом методе механики деформируемого твердого тела
Изобретение относится к оптике, в частности к кристаллооптике, и может быть использовано в лазерной технике и устройствах нелинейной оптики, дифрактометрии
Пластинчатый влагочувствительный элемент // 1711058
Изобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы
Изобретение относится к области оптических методов исследования физических свойств объектов, влияющих на параметры зондирующей световой волны, и может быть использовано в химической
Двухлучевой интерферометр для измерения показателя преломления изотропных и анизотропных материалов // 2102700
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения с высокой точностью показателей преломления изотропных и анизотропных материалов
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в гидрофизике для измерения гидроакустических и гидрофизических параметров в натурном водоеме
Волоконно-оптический автогенератор // 2117934
Изобретение относится к области голографической дисдрометрии и может быть использовано для измерения показателя преломления прозрачных и полупропрозрачных частиц дисперсных сред
Интерферометрическое устройство для измерения физических параметров прозрачных слоев (варианты) // 2141621
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины и показателя преломления прозрачных слоев
Изобретение относится к оптическим теневым приборам, регистрирующим пульсации градиента показателя преломления исследуемой оптически прозрачной среды
Изобретение относится к методам и средствам оптического детектирования вещественных компонентов
Изобретение относится к области гидрологии и гидроакустики и может быть использовано для определения глубины залегания слоя скачка в натурном водоеме
Устройство контроля метана // 2242618
Изобретение относится к области исследования оптическими методами прозрачных неоднородностей и может быть использовано при анализе гидродинамических явлений, изучении конвективных потоков при теплообмене, контроле качества оптического стекла и т.д