Способ определения показателя преломления жидкостей в капиллярах

Данный способ не обеспечивает необходимой чувствительности (105) к измеряемому параметру, а, следовательно, и Необходимой точности контроля ПП, из-за статической ошибки базирования оптического капилляра на измерительной позиции.Наиболее близким техническим решением является способ определения показателя преломления жидкостеи в капиллярах 2, заключающийся в освещении капилляра с жидкостью двумя когерентными пучками света в прямом направлении, повторном освещении в обратном направлении прошедшими через него интерферирующими пучками, формировании движуЩеися интерференционной картины в плоскости изображения и определении показателя преломления по величине изменения периода движущихся интерференционных полос.Данный способ также не обеспечивает необходимой чувствительности (лучше чем 0,5 х 105) а, следовательно, и необходимой точности контроля показателя преломления жидкостей из-за неизбежных ошибок базирования оптического капилляра на измерительной позиции при смене контролируемых образцов, а также из-за статических деформаций волнового фронта пучка, вызванного локальными погрешностями радиуса капилляра и внутренней структуры стекла. Последнее становится особенно актуально, когда необходимо определять изменения показателя преломления жидкости в пятом знаке после запятой и выше, где измененияструктуры стекла капилляра становятся соизмеримыми с изменениями показателя преломления жидкости.Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение - повышение чувствительности способа к изменению показателя преломления с одновременным повышением точности контроля за счет исключения ошибок базирования капилляра на измерительной позиции и исправления искажений волнового фронта, вызванных несовершенством внутренней структуры стекла капилляра.Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения показателя преломления жидкостей в капиллярах путем освещения капилляра с жидкостью двумя когерентными пучками света в прямом направлении, повторного освещения капилляра в обратномнаправлении прошедшими через него интерферирующими пучками света, формирования интерференционной картины в плоскости изображения и определения показателя прелом ления по величине изменения периода движущихся интерференционных полос, дополнительно перед повторным освещением в обратном направлении прошедшими через капилляр интерферирующими пучками волновой фронт пучков поворачивают на 180.Основная особенность способа заключается в том, что за счет оборачивапия волнового фронта возвращаемого на капилляр светового пучка, несущего изображение интерференционных полос, достигается исправление его искажений, вызванных ошибками базирования капилляра на измерительной позиции (в частности угловых перекосов), И несовершенством внутренней структуры стекла капилляра.Искажения волнового фронта адекватно отражаются на структуре интерференционных полос, вызывая в них различные отклонения от прямолинейности и изменения контрастности. Кроме того, в жидкостях всегда присутствуют взвешенные микрочастицы размерами от десятых долей до единиц микрометров, которые также приводят к амплитудно-фазовым нарушениям волнового фронта и, следовательно, к искажению интерференционных полос в виде искривлсний, изгибов или изменения периода. Возвращенный и повернутый на 180 волновой фронт пучка, проходя капилляр с жидкостью, получает практически такие же искажения, как и начальный пучок, но с противоположным знаком, что И приводит их к взаимной компенсации. Таким образом, пучок лучей придет в плоскость регистрации с восстановленным волновым фронтом и исправленными локальными деформациями интерференционных полос.Способ осуществляется следующей совокупностью операций.Формируют два когерентных пучка, лежащих в одной плоскости и сходящихся друг к другу под углом интерференции ос, и освещают ими оптический капилляр с жидкостью. В этом случае, как известно, пучки интерферируют с образованием интерференционных полос, пространственный период Но которых описывается соотношениемгде ж - длина волны лазерного излучения ос - угол, под которым пересекаются освещающие капилляр пучки. Капилляр действует в данном случае как цилиндрическая линза и формирует в прямом направлении изображение интерференционных полос. Затем волновой фронт,прошедших капилляр интерферирующих пучков, поворачивают на 180, И повторно освещают ими капилляр, за которым формируется дважды увеличенное одним и тем же участком капилляра изображение интерференционной картины. Период интерференционных полос в этом случае находится из выражениягде В 8/1 - коэффициент увеличения оптического капилляра как цилиндрической линзы 5 расстояние от капилляра до плоскости изображения (до фотоприемников) т - фокусное расстояние.Полученные интерференционные ПОЛОСЫ в изображении интерференционной картины приводят в движение И регистрируют фотоэлектрическим способом, по величине периода и его изменениям судят об величине показателя преломления жидкостей и его изменениях.Вычисление показателя преломления жидкости осуществляется по следующему выражениюгде п номинальное или эталонное значение показателя преломления жидкости АрРЕВНОСТЬ фаз, ВОЗНИКаЮЩаЯ при ИЗМСНСНИИ ПСРИОДЗ СЧИТЫВаСМЫХ ДВИЖУЩИХСЯ интерференЦИОННЫХ ПОЛОС ВСЛСДСТВИС ИЗМСНСНИЯ показателя ПрЕЛОМЛСПИЯ ИССЛСДУВМОЙ ЖИДКОСТИ ГК -радиус капилляра.Процесс коррекции наклона интерференционных полос, вътзванного, например, погрешностями базирования капилляра (наличие угла перекоса 10 з 0) на измерительной позиции,показан на фиг. 1 а. При от 0 или отсутствии погрешности базирования интерференционныеполосы ИПН располагаются параллельно как продольной оси 2 капилляра ОК, так и базовой оси 26. При Наличии погрешности базирования, выраженной в появлении некоторого угла ш э О между осью 26 И осью ОК, интерференционные полосы наклоняются (ИПП, фиг. 1, а) относительно базовой оси на угол 10. После оборачивания волнового фронта интерферен ционные полосы поменяют знак наклона на противоположный (ИПО, фиг. 1,а). Пройдя капилляр с жидкостью, ИПО скорректируют свое положение и в плоскости анализа будут иметь нулевой наклон (ИПс, фиг. 1, а), как и в случае, когда о 4 О.Способ реализован следующим образом. С помощью оптической схемы (фиг. 1, б), состояЩей из лазера 1 и коллиматора 2, свстодслителя 3 и трех зеркал первого 4, второго 5 И третьего 6, формируют два, сходящихся под углом у друг к другу когерентных пучка, которые,пройдя ограничивающие диафрагмы экрана 8, освещают капилляр с исследуемой жидкостью. В измерительной зоне пучки Интерферируют. Зеркало 6 под воздействием пьезодвигателя 7,питаемого от генератора пилообразного напряжения (на чертеже не показан), совершает возвратно-поступательные перемещения с частотой 1 кГц. При этом оптическая длина пути пучка В изменяется (при постоянной оптической длине пучка А), что приводит к возвратно-поступательному перемещению интерференционных полос в измерительной зоне.Оптический капилляр с исследуемой жидкостью, помещенный в измерительную зону,передает часть интерференционной картины на призму 9, которая состоит из двух идентичных призм, склеенных по грани 5, Угол б между отргокающими поверхностями а И б призмы 9 составляет 12 (или 1 6 относительно оптической оси, проходящей через грань ). То есть,ОбОРЭЧИВЗСТСЯ И возвращается назад ТОЛЬКО Центральная, ИМСЮЩЭЯ НПИбОЛЬШУЮ ИНТСНСИВность, часть прошедшего ОК пучка. На фигуре вектором Р схематично показано направление вектора поляризации пучка и его оборачивание призмой 9. Угол сходимости пучков у устанавливается таким, что бы в угловом интервале 1 6 умещался только один период интерференционной полосы. Расчет угла ведется по формулам (1) И (2).Возвращенный и повернутый пучок вторично проходит через капилляр и контролируемую жидкость И проецируется в виде интерференционных полос ИПс на фотоприемники 10 и 11, в свою очередь установленные на величину периода ИПЭ, соответствующего эталонному или номинальному значению показателя преломления контролируемой жидкости.Фотоприемники 10 и 11 считывают движущиеся интерференционные полосы, а по изменению их периода, выраженного в появлении фазового сдвига джр, определяют показательпреломления жидкости и его изменения по формуле (3).Реализация способа осуществлялась на установке автоматического формообразования волоконно-оптических элементов (Буров Ю.Г., Ильин В.Н. Метод обработки измерительной информации при автоматической вытяжке одножильных световодов//Измерительная техника. 1993. Мг 3. - С. 22-24). В измерительной зоне устройства устанавливался капилляр, которому задавались дискретные наклоны (ошибки базирования) в диапазоне углов 05. Во всех случаях интерференционные полосы в плоскости регистрации не имели сколько-нибудь заметных наклонов или перекосов относительно базовой оси 26, что говорит об инвариантности предложенного способа к ошибкам подобного рода и высокой эффективности операции с оборачиванием на 180 волнового фронта зондирующих пучков. тГосударственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.