Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах

. д стей и газов в капиллярах/ / Журнал приклад ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА. БЕЛАРУСЬ (19) Ву (П) 1 134 ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 з С 1 К ПАТЕНТУ (5115 СЮЦЧ 21/45ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В КАПИЛЛЯРАХ(71) Заявитель Институт электронщики Академии наук Республики Беларусь (В)(73) Патентообладатель Институт электрони ки Академии наук Беларуси (ВЧ)Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах, заключающийся вОСВЕЩЕНИИ КЗПИЛДШРЗ. С ЖЛДКОСТЬЮ ДВУМЯ КОгерентными пучками света, формировании движущейся интерференционной картины в плоскости изображения и определение показателя препомлення по величине изменения периода движущихся интерференционных полос,отличающийся тем, что перед формированием движущейся интерференционной картины в плоскости изображения капилляр с жидкостью 1-4 допошппелъно освещают прошедшими через него интерферирующими пучками света.(56) Ч 1. Чернов С.М. Жилик К.К., Рабзонов П.Г. СО Определение показателя преломления жидкоИзобретение относится к области измерительной техники, в частности, к интерференционным способам измерения показателей преломления жидкостей в капиллярах в условиях технологических процессов.Известен способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах 11, заключающийся в том, что освещают капилляр с жидкостью параллельным пучком света, формируют изображение границы раздела жидкость/ стекло, измеряют максимальный угол отклонения пучков, форьшрующих указанную границу, по ветгиъпише которого вычисляют показатеп преломления исследуемого вещества.В данном способе не обеспечивается достаточная точность измерения из-за ошибок в определении параметров капилляра (внешнего и внутреннею диаметров), а также его некоаксиальности и эшшптнтгности, которые непосредственно влияют на искомый угол отклонения пучков. Это накладывает исключительно жесткие условия на качество изготовления кагшлляров. Кроме того, определение максимального угла рассеяния, связанное с фотометрированием края границы света и тени,которое не может быть выполнено с погрешностью лучше, чем 5 , вносит дополнительные ошибки в результат измерения. Очевидна нелинейность зависимости угла рассеяния от показателя преломления, что указывает на неодинаковую чувствительность способа для различных значений показателя преломления п.Наиболее близким техническим решением является способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах 2 , заключающийся в том, что освещают капилляр сЖИДКОСТЬЮ ДВУМЯ КОГСРВНТНЬЕМИ ПУЧКЯМИ СБВ- , та, формируют интерференционную картину в плоскости изображения, приводят ее в движеъше, измеряют изменение значения периода движущихся интерференционных полос, по которому судят о величине показателя преломления жидкости.Данный способ не обеспечивает необходимой чувствительности к измеряемому параметру а,следовательно, и необходимой точности контроля.Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение - повышение чувствительности способа к изменению измеряемого параметра с одновременным повьппением точности контроля.Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения показателя преломления жидкостей в капиллярах, заключающемся в освещении тсапилляра с жидкостью двумя когерентными пучками света,формировании движущейся интерференционной картины в плоскости изображения и определении показателя преломления поВСЛИЧИНВ ИЗМЕНЕНИЯ периода ДБИЖУШЦХСЯ ИНтерференционных полос, перед формированием движущейся интерференционной картины в плоскости изображения капилляр с жидкоСТЬЮ ДОПОЛНИТЕЛЬНО ОСВСЩЗЮТ ПрОШСДШИМИ через него интерферирующими пучками света.Способ осуществляется следующей совокупностью операций. Формируют два когерентных пучка, лежащих в одной плоскости и сходящихся друг к другу под углом интерференции(2. В этом случае, как известно, пучки интерферируют с образованием интерференционных полос, пространственный период Но которых описывается соотношениемгде 1. - длина волны лазерного излучения, О - УГОЛ, ПОД КОТОРЫМ пересекаются ОСВСЩЭ ющие капилляр пучки.В зону пересечения пучков помещают оптический капилляр, которьпй действует в данном случае как цилиндрическая линза, прошедшие капилляр интерферирующие пучки повторноруется изображение интерференционной картины. Полученное изображение интерференционной картины приводят в движение и регистрируют фотоэлектрическим способом движущиеся полосы, по измененшо периода которых судят об изменении показателя преломления жидкости.Основная особенность способа заключается в ТОМ, ЧТО за СЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ капилляра прошедшими через него интерферирующими пучками света, и направленными встречно к начальным пучкам, обеспечивается удвоенная чувствительность способа, так как зондирующие жидкость пучки проходят через нее дважды в прямом и обратном направлении по одним и тем же оптическим путям.Капилляр, как линза, формирует увеличенное изображение ИП в некоторой плоскости перед световодом в обратном направленгш распространения лазерных пучков.Период интерференционной картины Нк вПЛОСКОСТИ изображения МОЖНО НЗЙТИ ИЗ выражения Нк 2-,8 Но, где В 3/1 - коэффициент увеличения оптического капилляра как ЦИ-ЛИНДРИЧЕСКОЙ ЛИНзы, 8 - расстояьше от линзы (капилляра) до плоскости изображения, Е - фокусное расстояние. Коэффициент 2 показывает, что одни и те же интерфернрующис пучки проходят капилляр дважды в прямом и обратном направпении.С целью упрощения расчетов и аналитических выражений примем допущение, что стенКИ капилляра, ПО КОТОРОМУ прокачивается жидкость, бесконечно тонкие. Это допущение не повлияет на конечный результат прин условии. что для измерения применяется один и тот же образец капилляра. Простые аналитические выражения, приведенные в прототипе, подтверждают правомерность указанного ДОПУЩВНЕШ.Ддя расчета периода ИП в прямом излучении воспользуемся формулой для концентрической линзы, у которой оба радиуса г 1 и г равны гк.где пж - показатель преломления исследуемой жидкости, Е - фокусное расстояние линзы-капнлляра. Учитывая, что в первом приближенииИз (3) видно, что для прямых лучей эффективный размер ИП при сопзт определяется двумя параметрами радиусом гк и показателем преломления пж.Если считывать ИП двумя фотоприемниками, разнесет-штаты на величину шага, то полезная информация будет заложена в фазе текущего фотоэлектрического сигналагде Вы - номинальные коэффициенты увели чения капилляра как оптической линзы. Подставляя (3) в (4) получаемгде 115- номинальное или эталонное значение показателя преломления жидкости.Способ реализован следующим образом. С помощью оптической схемы, состоящей из лазера 1, коллиматора 2, светодепителя 3 и трех зеркал первою 4, второго 5 и третьего 6,формируют два сходящихся под углом (2 друг к другу когерентных пучка, которыми освеща 10ют капилляр с исследуемой жидкостью. При пересечении пучки интерферируют. Зеркало 5под воздействием пьезодвитателя 7, питаемого от генератора шалообразною напряжения (на чертеже не показан).Колебания зеркала 6 приводят к изменению разности кода интерферирующих пучков и их движению в плоскости анализа. фотоприемники 10 и 11, установленные в плоскости изображения интерференционных полос,регистрируют их. По изменению периода этих полос, выраженному появлением сдвига фаз,с помощью аналитического выражения (5) находят искомый показатель преломления жидкости п.В примере конкретного выполнения реализация способа осуществлялась на установке автематического управления формообраэованием волоконно-оптических элементов Буров Ю.Г.,Ильин В.Н. Метод обработки измерительной информации при автоматической вытяжке одножильных световодов/ / Измерительная техника 1493. 1993. С. 22-24. В устройство входили лазер ЛГН-З 02, коллиматор бх, светоделитель с коэффициентом пропускания 30, зеркала с внешним покрытием, пьезод вигатель от серийного лазера ЛГ-77, фотоприемника ФД-256 и блок электроники на базе ПП ЭВМ ЕС 1841. При значенш 1 мкм и линейном смещении пьезодвигателя на величину Ь 10 мкм частота интерференционного сигнала составила 10 кГц, т.е. производительность способа составляет 10 000 измерений за секунду, что позволяет контролировать быстро протекающие жидкости. При чувствительности базовой схемы лучше чем 0,2 регистрировались изменения показателя преломления в четвертом и пятом знаке после запятой.Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.