Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ - Патент РФ 2029942
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в измерительной технике, для определения показателя преломления жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним a и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nc освещают последний световым пучком, который ограничивают, и регистрируют границу светотени. Пучок лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, ограничивают на входе последнего на расстоянии, меньшем a/2 и большем nc· a/2 относительно плоскости отсчета. Регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению, на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды. При условии nср< nc показатель преломления среды определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2029942
Класс(ы) патента: G01N21/41
Номер заявки: 5061748/25
Дата подачи заявки: 09.09.1992
Дата публикации: 27.02.1995
Заявитель(и): Конструкторское бюро "Шторм" Министерства образования Украины (UA)
Автор(ы): Гришко Виктор Федорович[UA]; Попадюха Юрий Андреевич[UA]; Хомук Сергей Дмитриевич[UA]; Сердюк Анатолий Тимофеевич[UA]
Патентообладатель(и): Конструкторское бюро "Шторм" Министерства образования Украины (UA)
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения показателя преломления жидких и газообразных сред, в частности, в системах автоматизированного контроля и управления производством.
В настоящее время одной из важных задач является автоматизированный контроль показателя преломления в процессе производства ряда продуктов потребления, например продуктов нефтепереработки, сахарного производства и др. Известные в настоящее время способы и средства измерения показателя преломления жидких и газообразных веществ не позволяют точно и надежно осуществить указанные измерения для непрозрачных (мутных, загрязненных) сред.
Известен способ измерения показателя преломления, включающий разделение монохроматического поляризованного света на два пучка, их пропускание через эталонное и исследуемое вещества, помещенные соответственно в эталонную и рабочую кюветы, сведение обоих пучков света и определение показателя преломления по положению экстремумов характерной картины взаимодействующих пучков [1].
Недостатками этого способа являются сложность технической реализации, связанная с обеспечением точности конструктивных параметров эталонной и исследуемой кювет, значения которых входят в математическую формулу для определения показателя преломления исследуемого вещества, а также низкое быстродействие, обусловленное, в частности, проведением операции смещения верхней полуплоскости в эталонной кювете и измерением этого смещения.
Известен также способ измерения показателя преломления, включающий регистрацию положения границы светотени, образующейся при полном внутреннем отражении на освещаемой монохроматическим пучком лучей границе раздела эталонной и исследуемой сред, поляризацию и модуляцию отраженного от границы раздела пучка лучей, изменение азимута линейно поляризованного излучения части пучка отраженных лучей, а изменение показателя преломления определяют по изменению азимута плоскости поляризации [2].
Недостатками этого способа являются недостаточные надежность и быстродействие, обусловленные наличием подвижных механических узлов и временем, необходимым для изменения азимута, плоскости поляризации и анализа измененного состояния.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения показателя преломления жидкости [3], по которому исследуемую жидкость помещают в цилиндрическую кювету с известными внутренним а и внешним b диаметрами и показателем преломления ncматериала стенок кюветы, освещают кювету рассеянным световым пучком, который ограничивают симметрично плоскости, проходящей через ось кюветы и линию регистрации, и измеряют расстояния между границами света и тени в распределении интенсивности. Из прошедшего кювету излучения формируют пучок параллельных лучей, а показатель преломления исследуемой среды вычисляют по формуле.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что в описанном способе светотехнические характеристики среды (мутность, загрязненность) существенно влияют на точность измерения показателя преломления. Так, при высоких показателях непрозрачности граница света - тени, которую измеряют при реализации способа, размывается, что существенно сказывается на точность определения показателя преломления.
Изобретение решает задачу повышения точности измерения показателя преломления жидких и газообразных сред, включая непрозрачные среды.
Задача решена тем, что по способу измерения показателя преломления среды nср. , по которому исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним а и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nc, освещают последний световым пучком, который ограничивают на входе в сосуд, и регистрируют границу светотени, сосуд освещают пучком лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, пучок ограничивают на расстоянии, меньшем a/2 и большем nc. a/2 относительно плоскости отсчета, регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды, а показатель преломления среды при условии nср < nc определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета.
Дополнительным условием является выбор соотношения между внутренним a и внешним b диаметрами кюветы из условия b > nc˙ a.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - зависимость углов выхода лучей, прошедших через кювету (сосуд) с исследуемой средой, от координат входа их в кювету параллельно плоскости отсчета для различных значений показателя преломления исследуемых сред.
Устройство, реализующее способ, содержит оптически связанные источник 1 излучения, коллиматор 2, ограничители 3 и 4, два края которых расположены соответственно на расстоянии a/2 и nc.a/2 от плоскости отсчета, цилиндрическую кювету 5, ось которой параллельна краям ограничителей 3 и 4 и лежит в плоскости отсчета, фотоприемник 6 и блок 7 регистрации, вход которого подключен к выходу фотоприемника 6.
Способ осуществляется следующим образом.
Исследуемую среду помещают в цилиндрическую кювету 5. Световым потоком от источника 1 излучения, прошедщим коллиматор 2 и щель между ограничителями 3 и 4, облучают цилиндрическую кювету 5. Фотоприемником 6 фиксируют граничное положение лучей, прошедших через стенки кюветы 5 и испытавших явление полного внутреннего отражения на границе исследуемой среды и внутренней стенки цилиндрической кюветы 5, и преобразуют оптическое изображение в электрический сигнал. Блок 7 регистрации по положению границы света и тени в соответствии с градуировочной таблицей вычисляет значение показателя преломления исследуемой среды.
На фиг. 2 приведены графики зависимости углов выхода лучей, прошедших через кювету 5 с исследуемой средой, от координат входа их в кювету 5 параллельно плоскости отсчета для различных значений показателя преломления. Отсчет координат входа каждого луча и значения угла выхода соответствующего луча производят от плоскости отсчета, проходящей через источник 1 излучения, ось кюветы 5 и фотоприемник 6. При этом отсчет против часовой стрелки принимают со знаком "+" и по часовой - со знаком "-".
Углы выхода лучей, прошедших через прозрачную цилиндрическую кювету 5 с исследуемой средой, связаны с координатами входа в кювету 5 лучей, параллельных плоскости отсчета, зависимостями, вытекающими из формул
Θ1=2arcsin - arcsin + arcsin - arcsin; (1)
Θ2=2arcsin - arcsin + arcsin - 1; (2)
Θ3= 2arcsin - arcsin , (3) где Θ1 - угол выхода лучей, прошедших через две стенки кюветы 5 и исследуемую среду ( кривые 8, 9 10 и 11,12, 13 на фиг. 2);
Θ2 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5 и испытавших явление полного внутреннего отражения на границе стенок кюветы 5 и исследуемой среды (кривые 14 и 15 на фиг. 2);
Θ3 - угол выхода лучей, прошедших через стенки кюветы 5, не касаясь исследуемой среды (кривые 16 и 17 на фиг. 2);
r и R - внутренний и внешний радиусы кюветы 5;
х - координаты входа лучей относительно плоскости отсчета.
На фиг. 2 приведены графики, построенные по уравнениям (1) - (3) для различных значений показателя преломления исследуемых сред: ncр1 = 1,33 (кривая 8), nср2 = 1,38 (кривая 9), nср3 = 1,43 (кривая 10), при nc= =1,56, кривые 18 и 19 отражают прохождение лучей через цилиндрическую прозрачную кювету, наполненную воздухом с показателем преломления ncро = 1.
Графики на фиг. 2 свидетельствуют о том, что существуют предельные углы выхода лучей ΘПO - ΘПЗ для каждого определенного показателя преломления среды nсро - nср3.
Таким образом, если в плоскости изображения установить фотоприемник 6 и фиксировать предельное положение лучей ΘПO - ΘПЗ, то по положению границы светотени можно вычислить показатель преломления исследуемой среды.
Согласно уравнениям (1) - (3) и графику на фиг. 2 предлагаемый способ реализуется при условии выполнения соотношения nср < nс. Способ имеет преимущественную реализацию при соблюдении условия b > nc.a Выполнение названных условий не является препятствием для реализации способа на практике, поскольку толстостенные стеклянные трубки с требуемым соотношением b>nca выпускаются промышленностью, а значение показателя преломления большинства жидких и газообразных сред меньше значения показателя преломления стенок стеклянных кювет (сосудов).
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является возможность измерения параметров мутных, непрозрачных сред без изменения градуировочных характеристик устройства, реализующего способ.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ среды, в котором исследуемую среду помещают в прозрачный цилиндрический сосуд с внутренним a и внешним b диаметрами и показателем преломления материала стенок сосуда nс, освещают последний световым пучком, который ограничивают на входе в сосуд и регистрируют границу светотени, отличающийся тем, что сосуд освещают пучком лучей, параллельных плоскости отсчета, проходящей через ось сосуда, пучок ограничивают на расстоянии, меньшем a/2 и большем nс · a/2 относительно плоскости отсчета, регистрируют граничное положение лучей, подвергшихся полному внутреннему отражению на поверхности раздела внутренней стенки сосуда и исследуемой среды, а показатель преломления среды nср при соблюдении условия nср < nс определяют по расстоянию границы светотени от плоскости отсчета.