RU2563310C2 - Measuring method of average light dispersion and device for its implementation - Google Patents
Measuring method of average light dispersion and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563310C2 RU2563310C2 RU2014100143/28A RU2014100143A RU2563310C2 RU 2563310 C2 RU2563310 C2 RU 2563310C2 RU 2014100143/28 A RU2014100143/28 A RU 2014100143/28A RU 2014100143 A RU2014100143 A RU 2014100143A RU 2563310 C2 RU2563310 C2 RU 2563310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- dispersion
- max
- shadow
- prism
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению, точнее - к рефрактометрическим приборам, предназначенным для измерения показателя преломления и дисперсии различных веществ.The invention relates to optical instrumentation, more specifically, to refractometric devices for measuring the refractive index and dispersion of various substances.
Показатель преломления веществ зависит от длины волны света. Длину волны света λ, при которой произведены измерения показателя преломления, указывают в виде подстрочного индекса nλ. Например, показатель преломления в желтом свете натриевой лампы (λD=589 нм) обозначают nD, в красном (λc=589 нм) или в голубом (λF=486 нм) свете водородной лампы обозначают, соответственно, nC или nF. Разницу результатов измерений nλ1-nλ2 называют рефракционной дисперсией или просто дисперсией, а разницу nF-nC называют средней дисперсией и обозначают ΔFC. Сведения о дисперсии ΔFC являются особенно важными для научных и технологических исследований оптического стекла, нефтепродуктов, продуктов переработки растительных масел и др. [1]. Обычно для измерений показателей преломления nD, nF, nC и нахождения средней дисперсии ΔFC=nF-nC оптического стекла по ГОСТ 3514-94 пользуются методом призмы и высокоточными гониометрами, оснащенными спектральными лампами, наполненными парами натрия и водорода, а так же ртути, кадмия.The refractive index of substances depends on the wavelength of light. The wavelength λ of light at which the refractive index was measured is indicated as the subscript n λ . For example, the refractive index in yellow light of a sodium lamp (λ D = 589 nm) is denoted by n D , in red (λ c = 589 nm) or in blue (λ F = 486 nm) light of a hydrogen lamp is denoted, respectively, n C or n F. The difference in the measurement results n λ1 -n λ2 is called the refractive dispersion or simply the dispersion, and the difference n F -n C is called the average dispersion and denote Δ FC . Information about the Δ FC dispersion is especially important for scientific and technological studies of optical glass, petroleum products, vegetable oil products, etc. [1]. Usually, for measuring the refractive indices n D , n F , n C and finding the average dispersion Δ FC = n F -n C of optical glass according to GOST 3514-94, the prism method and high-precision goniometers equipped with spectral lamps filled with sodium and hydrogen vapors are used, and also mercury, cadmium.
Существенным недостатком гониометрического способа измерений показателя преломления nλ и средней дисперсии nF-nC является требование изготовления из испытуемого стекла трехгранной призмы значительных размеров. Например, размер полированных граней должен быть примерно 50×50 мм, а угол между ними Ө≈60°. Это означает, что измерения nD, nF, nC и нахождение ΔFC готовых оптических деталей гониометром затруднены либо невозможны.A significant drawback of the goniometric method of measuring the refractive index n λ and the average dispersion n F -n C is the requirement to manufacture a triangular prism of significant dimensions from the test glass. For example, the size of the polished faces should be approximately 50 × 50 mm, and the angle between them Ө≈60 °. This means that measuring n D , n F , n C and finding Δ FC of finished optical parts with a goniometer is difficult or impossible.
Для работы с жидкостями гониометр должен быть оснащен сложными пустотелыми призмами, для заполнения которых требуется значительный объем исследуемой жидкости, а так же тщательное термостатирование призм.To work with liquids, the goniometer must be equipped with complex hollow prisms, to fill which a significant amount of the studied liquid is required, as well as careful temperature control of the prisms.
Обычно измерения показателей преломления nD, nF, nC твердых и жидких веществ выполняют способом предельного угла [1]. Суть способа состоит в том, что вдоль границы контакта двух прозрачных сред, например исследуемой жидкости и стеклянной призмы с углом выходной грани Ө и известным показателем преломления noλ, направляют монохроматический пучок света длиной волны λ и в фокальной плоскости объектива, на который падают преломленные лучи, наблюдают границу света и тени. По положению этой границы находят угол выхода предельных лучей из призмы βλ, рассчитывают искомый показатель преломления nxλ по формуле [1]:Typically, measurements of the refractive indices n D , n F , n C of solid and liquid substances are performed by the method of limiting angle [1]. The essence of the method is that along the contact boundary of two transparent media, for example, the studied liquid and a glass prism with an outlet face angle Ө and a known refractive index n oλ , a monochromatic light beam of wavelength λ is directed also in the focal plane of the lens onto which the refracted rays fall , observe the border of light and shadow. By the position of this boundary, the angle of exit of the limiting rays from the prism β λ is found , the desired refractive index n xλ is calculated by the formula [1]:
. .
Для реализации способа предельного угла используют два вида рефрактометров Пульфриха и Аббе.To implement the method of limiting angle using two types of refractometers Pulfrich and Abbe.
Известные рефрактометры Пульфриха ИРФ-23, ИРФ-457, PR-2 [1] содержат осветитель 1 (фиг.1) с источниками света в виде набора спектральных ламп, питающихся от специальных источников высокого напряжения, измерительную призму 2, изготовленную из стекла с известными показателями преломления noD, noF, noC, соприкасающуюся с исследуемым веществом 3 и прямым углом между входной и выходной гранями (Ө=90°), подвижную зрительную трубу 4 с объективом 5, перекрестием 6 и окуляром 7, которая жестко связана с подвижной частью оптического углоизмерительного устройства 8.The well-known Pulfrich refractometers IRF-23, IRF-457, PR-2 [1] contain a illuminator 1 (Fig. 1) with light sources in the form of a set of spectral lamps powered by special high voltage sources, a
Монохроматический свет от источника 1, например водородной лампы, в спектре излучения которой содержатся красная (λc=650 нм), голубая (λF=476 нм) и фиолетовая (λq′=434 нм) линии, направляют на границу контакта исследуемого вещества 3 с рабочей гранью измерительной призмы n2. Свет преломляется в призму 2 под предельными углами αc=arcSin(nxc/noc); αF=arcSin(nXF/nоF) и αq′=arcSin(nxq′/noq′). Далее лучи света проходят измерительную призму 2, вторично преломляются на выходной грани призмы 2 и выходят под углами βc, βF, βq′ относительно нормали к выходной грани.Monochromatic light from
Методика выполнения измерений nc и nF и определения средней дисперсии ΔFC=nF-nc на рефрактометре Пульфриха состоит в следующем. Передвигая зрительную трубу, совмещают наблюдаемые в окуляре 7 перекрестие 6 с границей света и тени красного света λс, а затем синего света λF. При этом каждый раз с помощью углоизмерительного устройства 8 измеряют углы βc, βF, вычисляют искомые показатели преломления по формулам
Для измерения показателя преломления на стандартной линии спектра λD=589 нм производят замену водородной лампы на натриевую с подключением иного источника питания.To measure the refractive index on a standard spectral line λ D = 589 nm, the hydrogen lamp is replaced with a sodium lamp with the connection of a different power source.
Существенными недостатками рефрактометров Пульфриха являются:Significant disadvantages of Pulfrich refractometers are:
- громоздкость и необходимость замены спектральных ламп и их источников питания в процессе выполнения измерений;- cumbersomeness and the need to replace the spectral lamps and their power sources during the measurement process;
- спектральные лампы требуют времени для выхода в режим после их включения;- spectral lamps require time to enter the mode after they are turned on;
- необходимость значительного объема вычислений оператором;- the need for a significant amount of calculations by the operator;
- сложные визуальные оптические углоизмерительные устройства;- complex visual optical angle measuring devices;
- значительные габариты и вес, ограничивающие их применение вне специализированных лабораторий.- significant dimensions and weight, limiting their use outside specialized laboratories.
Подобными рефрактометрам Пульфриха по принципу работы являются известные Аббе рефрактометры многоволновые DR-M2 и DR-M4 фирмы ATAGO (Япония) [2]. Структурная схема рефрактометров показана на фиг.2.According to the principle of operation, similar to Pulfrich refractometers are the multi-wavelength DR-M2 and DR-M4 refractometers known by Abbe from ATAGO (Japan) [2]. The structural diagram of refractometers is shown in figure 2.
Вместо спектральных ламп рефрактометры DR-M2 и DR-M4 содержат отдельный осветительный блок с источником света в виде лампы накаливания 1, набором сменных интерференционных фильтров и волоконным жгутом. Измерительная призма 2 соприкасается с исследуемым веществом 3, выполнена из стекла с высокими и известными показателями преломления noD, noC, noF. Рабочая и выходная грани призмы 2 составляют угол Ө<90°.Instead of spectral lamps, the DR-M2 and DR-M4 refractometers contain a separate lighting unit with a light source in the form of an
Зрительная труба 4 с объективом 5, шкалой 6 и окуляром 7 закреплена на корпусе рефрактометра неподвижно, а преломленные лучи света направляются в зрительную трубу 4 с помощью подвижной части углоизмерительного устройства 8, на котором механически закреплено зеркало 9.The
Методика выполнения измерений с помощью Аббе рефрактометров многоволновых DR-M2 и DR-M4 состоит в следующем.The measurement technique using Abbe multi-wavelength refractometers DR-M2 and DR-M4 is as follows.
Выбирают из набора один интерференционный фильтр, например, пропускающий желтый свет (Δmax=589 нм), и с помощью переключателя вводят его в рабочий пучок света, идущего от лампы накаливания 1. Квазимонохроматический свет с максимумом спектральной плотности излучения µ(λ)max=589 нм направляют на границу контакта рабочей грани измерительной призмы 2 с исследуемым веществом 3. Свет проходит исследуемое вещество 3, преломляется в призму 2, проходит ее и под углом βD по отношению к нормали выходной грани покидает призму 2. Далее с помощью маховичка перемещают зеркало вместе с подвижной частью цифрового датчика угловых перемещений 8 до положения, когда наблюдаемая в окуляре 7 граница света и тени будет совмещена с нуль-пунктом. По измеренному таким образом углу βD и известным значениям Ө и nDо встроенный в рефрактометре микропроцессор вычисляет искомый показатель преломления nDX по формуле . Результаты измерений индицируются на цифровом табло.One interference filter is selected from the set, for example, one that transmits yellow light (Δ max = 589 nm), and using the switch, it is introduced into the working beam of light coming from
Для измерения показателя преломления nCX или nFX с помощью переключателя вместо желтого светофильтра в рабочий пучок осветителя вводят соответственно красный (τλmax=656 нм) или синий (τλmax=486 нм) интерференционные фильтры. Каждый раз при переключении фильтров требуется в ручную наводить границу света и тени на нуль-пункт, а в программу микропроцессора вносить новые исходные данные для расчетов, а именно noC или nоF стекла измерительной призмы 2 и измеренные углы βC или βF. По измеренным таким способом значениям показателей преломления nCX, nDX, nFX микропроцессоры известных рефрактометров DR-M2 и DR-M4 могут вычислять и индицировать на табло значение числа Аббе v, рассчитанного по формуле
Отдельная функция вычисления и индикации средней дисперсии ΔFC в программах процессоров этих рефрактометров отсутствует, однако, среднюю дисперсию ΔFC оператор может вычислить сам по измеренным значениям nF и nC.There is no separate function for calculating and indicating the average dispersion Δ FC in the programs of the processors of these refractometers, however, the operator can calculate the average dispersion Δ FC on the basis of the measured values of n F and n C.
Точность измерений показателя преломления ±0,0002. Существенными недостатками Аббе рефрактометров многоволновых DR-M2 и DR-M4 являются:The accuracy of refractive index measurements is ± 0.0002. Significant disadvantages of Abbe multi-wavelength refractometers DR-M2 and DR-M4 are:
- необходимость выполнения измерений углов βC, βF, βD углоизмерительным устройством и дополнительных расчетов оператора для определении средней дисперсии;- the need to perform measurements of angles β C , β F , β D with an angle measuring device and additional operator calculations to determine the average dispersion;
- значительные габариты и вес, ограничивающие их применение вне специализированных лабораторий;- significant dimensions and weight, limiting their use outside specialized laboratories;
- высокая цена (более 500 тыс. руб).- high price (more than 500 thousand rubles).
Известны универсальные высокоточные лабораторные рефрактометры Аббе, например ИРФ-454 (Россия), Аббе Refractometer В (Zeiss-Opton) [1] NAR-1T (ATAGO) [2], в конструкциях которых реализован способ компенсации общей угловой дисперсии выходящих из измерительной призмы Аббе предельных лучей (Δβ)FC с помощью компенсаторов в виде призм прямого зрения Амичи [1].Abbe's universal high-precision laboratory refractometers are known, for example, IRF-454 (Russia), Abbe Refractometer B (Zeiss-Opton) [1] NAR-1T (ATAGO) [2], the construction of which implements a method for compensating the total angular dispersion of the Abbe measuring prism limiting rays (Δβ) FC using compensators in the form of direct prisms Amici [1].
Лабораторный рефрактометр Аббе ИРФ-454 [1] содержит источник естественного или искусственного «белого» света, например белый светодиод 1 (фиг.3), неподвижную измерительную призму 2, изготовленную из стекла ТФ4 с известным показателем преломления nDo=1,7398 и средней дисперсией (ΔFC)o=0,02628, рабочая полированная грань которой соприкасается с исследуемым веществом 3 и составляет угол Ө=62° с выходной полированной гранью закрепленного неподвижно зрительного канала 4 с объективом 5, перекрестием 6 и окуляром 7. На подвижном секторе закреплены шкала 8 и зеркало 9. Шкала 8 для удобства наделена не в углах поворота выходящих из призмы 2 лучей βD, а в единицах показателя преломления для рабочей длины волны nDX. Между измерительной призмой 2 и объективом 5 установлены две призмы прямого зрения Амичи 10. которые закреплены в оправах в виде конических шестерен, соединенных между собой третьей конической шестерней с барабанчиком 11. Особенность призм Амичи состоит в том, что они пропускают желтые лучи (λD=589 нм) без отклонения, а красные и синие лучи (λс=656 нм и λF=486 нм) в главной плоскости сечения разводят на угол 2k=2×88′=176′.The Abbe IRF-454 laboratory refractometer [1] contains a source of natural or artificial “white” light, for example, a white LED 1 (Fig. 3), a
Известный способ измерения средней дисперсии света с помощью компенсатора реализован в лабораторном рефрактометре Абба ИРФ-454 Б2М следующим образом.The known method of measuring the average dispersion of light using a compensator is implemented in a laboratory refractometer Abba IRF-454 B2M as follows.
На выходную (рабочую) грань измерительной призмы 2 (фиг.3), соприкасающуюся с исследуемым веществом 3, направляют пучок «белого» света от источника 1, например, естественного (солнечного) или искусственного света (лампа накаливания, люминесцентная лампа, белый светодиод).A beam of “white” light from
Свет проходит слой исследуемого вещества 3, преломляется в призму 2, в плоскости падения проходит ее и вторично преломляется на выходной грани призмы 2. Угол выхода из призмы 2 предельных лучей относительно нормали к ее выходной грани зависит от длины волны лучей, составляющих «белый» свет согласно формулы βλ=arcSin{noλSin[Ө-arcSin(nxλ/noλ)]}.The light passes through the layer of the
Разность между предельными углами для синего и красного света (Δβ)FC=βF-βC называется средней угловой дисперсией и зависит от средней дисперсии материала (ΔFC)о призмы 2, угла Ө призмы 2, средней дисперсии (ΔFC)x исследуемого вещества 3.The difference between the limiting angles for blue and red light (Δβ) FC = β F- β C is called the average angular dispersion and depends on the average dispersion of the material (Δ FC ) about
Разложенные в плоскости падения в спектр лучи отражаются от зеркала 9 и проходят призмы прямого зрения 10. Каждая призма прямого зрения в ее главном сечении разводит красные (λс) и синие (λF) лучи на угол k=0,02559816 радиан. С помощью оцифрованного барабанчика 11 призмы 10 разворачивают в разные стороны на угол γ (фиг.4) и находят такое положение угла поворота γ призм 10, при котором их угловая дисперсия 2k Cosγ равна по величине, но противоположна по знаку средней угловой дисперсии (Δβ)FC, т.е. (Δβ)FC-2kCosγ=0о. Таким образом происходит полная компенсация угловой дисперсии (Δβ)FC, т.е. все предельные лучи различных длин волн в фокальной плоскости объектива 5 приходят в то место, где находятся желтые лучи, суммируются и в окуляре 7 кроме перекрестия оператор наблюдает черно-белую (не окрашенную) границу света и тени.The rays spread out in the plane of incidence into the spectrum are reflected from the
Угол γ разворота призм Амичи 10 находят по числу делений Z барабанчика 11 с помощью нониуса. Исходным (нулевым) положением призм 10 принято положение, при котором Z=30 делений, т.е. когда γ=30·3°=90°, поскольку цена одного деления шкалы Z равна 3°. Точность отсчета угла γ по нониусу составляет ±0,3°. Следовательно, погрешность определения суммарной угловой дисперсии (Δβ)FC с помощью двух призм Амичи 10 в лучшем случае составляет ±2,68·10-4 рад.The rotation angle γ of the
Поворотом шкалы 8 совместно с зеркалом 9 совмещают наблюдаемую в окуляре границу света и тени с перекрестием, а затем по наблюдаемой в окуляре 7 шкале 8 снимают показания показателя преломления nD.By turning the
По измеренному таким образом показателю преломления nD с помощью рассчитанных заранее таблиц находят конструктивные коэффициенты A и B, а затем определяют среднюю дисперсию по формуле [1]:Using the refractive index n D measured in this way, using the tables calculated in advance, constructive coefficients A and B are found, and then the average dispersion is determined by the formula [1]:
, ,
где ;Where ;
; ;
; ;
2k - угловая дисперсия для синих и красных лучей двух призм Амичи; σ=Cosγ;2k is the angular dispersion for the blue and red rays of two Amici prisms; σ = Cosγ;
γ - угол синхронного поворота призм Амичи в разные стороны.γ is the angle of synchronous rotation of Amici prisms in different directions.
Например, если в процессе проверки сорта стекла оптических деталей с помощью рефрактометра Аббе ИРФ-454 получены результаты измерений по шкале 8 показателя преломления nDX=1,51690 и по шкале барабанчика 11 число делений Z=42,4, то, пользуясь прилагаемыми к Руководству по эксплуатации рефрактометра ИРФ-454 таблицами, по измеренному показателю преломления nD находят конструктивные коэффициенты A=0,02320, B=0,025303, по числу делений Z=42,3 находят б=Cos(42,3×3°)=0,60042025, а затем находят среднюю дисперсию исследуемой оптической детали (ΔFC)x=A+Bб=0,0232-0,025303·0,60042025=0,008007.For example, if in the process of checking the grade of glass of optical parts using an Abbe IRF-454 refractometer, measurement results were obtained on a scale of 8 refractive index n DX = 1.51690 and on a
По ГОСТ 3514-94 определяем, что эта оптическая деталь выполнена из куска стекла K8, партия варки которого имеет характеристики nD=1,51690 и (ΔFC)x=0,008007.According to GOST 3514-94, we determine that this optical part is made of a piece of glass K8, the batch of which has characteristics n D = 1.51690 and (Δ FC ) x = 0.008007.
Главным преимуществом известного способа компенсации общей угловой дисперсии выходящих из измерительной призмы 2 (фиг.3) предельных лучей (Δβ)FC с помощью призм прямого зрения Амичи 10 состоит в том, что для освещения плоскости соприкосновения исследуемого вещества 3 с рабочей гранью измерительной призмы 2 вместо монохроматического можно применять «белый» свет естественный (дневной) или искусственный (от лампы накаливания или светодиода).The main advantage of the known method of compensating the total angular dispersion of the limiting rays (Δβ) FC coming out of the measuring prism 2 (FIG. 3) using
Существенными недостатками рефрактометров ИРФ-454Б2М, NAR-1T являются:Significant disadvantages of the IRF-454B2M, NAR-1T refractometers are:
- высокая трудоемкость изготовления призм прямого зрения Амичи;- the high complexity of manufacturing prisms direct vision Amici;
- необходимость установки двух призм прямого зрения Амичи из-за большой средней дисперсии (ΔFC)о=0,02628 стекла ТФ4 измерительной призмы;- the need to install two prisms of direct vision Amici due to the large average dispersion (Δ FC ) o = 0.02628 TF4 glass measuring prism;
- субъективность восприятия оператором наличия или отсутствия окрашенности наблюдаемой в окуляре границы света и тени;- the subjectivity of the operator’s perception of the presence or absence of discoloration of the border of light and shadow observed in the eyepiece;
- нелинейная зависимость между вносимой призмами прямого зрения Амичи угловой дисперсией и их углом разворота γ;- non-linear relationship between the introduced direct prism of Amici prism angular dispersion and their rotation angle γ;
- наличие подвижной шкалы, наделенной в величинах показателя преломления, причем только для рабочей длины волны λD;- the presence of a movable scale endowed with refractive index values, and only for the working wavelength λ D ;
- необходимость пересчета и изготовления новой шкалы каждый раз при смене партии варки стекла, из которого изготавливают измерительную призму;- the need for recounting and manufacturing of a new scale every time a batch of glass melting is changed, from which a measuring prism is made;
- громоздкость и значительный вес (~4 кг), что является препятствием для экспрессных измерений.- bulkiness and significant weight (~ 4 kg), which is an obstacle to rapid measurements.
Известна группа рефрактометров Аббе с неподвижной универсальной равномерной шкалой и только одной призмой прямого зрения Амичи [1].A well-known group of Abbe refractometers with a fixed universal uniform scale and only one prism of direct vision of Amichi [1].
Так, наиболее близким к объекту заявки прототипом является погружной рефрактометр Аббе ИРФ-451 [1], который содержит источник «белого» света 1 (фиг.5), измерительную призму 2 из оптического стекла с известным показателем преломления nDo, соприкасающуюся с исследуемым веществом 3.So, the prototype closest to the object of the application is an Abbe IRF-451 submersible refractometer [1], which contains a white light source 1 (Fig. 5), a measuring
Измерительная призма 2 закреплена на зрительной трубе 4, в которой после призмы 2 установлены последовательно объектив 5, равномерная шкала 6 и окуляр 7. Рефрактометр снабжен стеклянным стаканом-осветителем 8, в котором находится исследуемое вещество 3 и рабочая часть измерительной призмы 2.The measuring
Для направления света на рабочую грань измерительной призмы 2 установлено зеркало 9. Между измерительной призмой 2 и объективом 5 установлена призма прямого зрения Амичи 10, которая закреплена на подвижной внутренней трубе с закрепленным на этой трубе кольцом 11. Стакан-осветитель 8 частично погружен в жидкость бани термостата 12.To direct the light to the working face of the measuring
Известный способ измерения средней дисперсии с помощью рефрактометра ИРФ-451 реализуется следующим образом.The known method of measuring the average dispersion using an IRF-451 refractometer is implemented as follows.
Пучок «белого» света от источника 1 (дневной свет или искусственный свет) зеркалом 9 через дно стаканчика 8 направляется на границу контакта измерительной призмы 2 с исследуемым веществом 3. Свет проходит слой исследуемого вещества 3, преломляется в призму 2 и вторично преломляется на выходной грани призмы 2. Разложенные в плоскости падения в спектр лучи проходят призму 10, попадают в объектив 5, который в плоскости шкалы 6 строит изображение границы света и тени. С помощью кольца 11 вращают призму прямого зрения Амичи 10 на такой угол γ, при котором угловая дисперсия призмы 10 будет равна угловой дисперсии (Δβ)FC, но с противоположным знаком т.е. произойдет компенсация угловой дисперсии (Δβ)FC-kCosγ=0, где k=0,01309 рад - угол разведения красных и синих лучей призмой Амичи 10. При этом в окуляре 7 наблюдают резкие изображения относительной шкалы 6 и черно-белой (не окрашенной) границы света и тени (фиг.6).A beam of “white” light from a source 1 (daylight or artificial light) is directed by a
С помощью шкалы 6 определяют координату положения границы света и тени XD относительно максимального значения XDmax для рабочей длины волны λD, т.е. снимают показания числа делений М=(XD/XDmax) 100 шкалы 6, затем с помощью таблицы переводят деления шкалы M в измеренную величину показателя преломления nDX. Угол разворота призмы Амичи 10 отсчитывают по числу делений Z кольца 11 с помощью нониуса. Цена одного деления кольца 11 равна 3°, цена деления нониуса 0,3°.Using
Далее, точно так же, как в описанном выше рефрактометре ИРФ-454Б2М, с помощью таблиц по найденному nDx определяют конструктивные коэффициенты А′ и В и по найденному числу делений Z кольца 11, характеризующего угловую дисперсию
(ΔFC)x=A′(ΔFC)o+Bk·Cosγ,(Δ FC ) x = A ′ (Δ FC ) o + Bk Cosγ,
где (ΔFC)o - средняя дисперсия материала измерительной призмы;where (Δ FC ) o is the average dispersion of the material of the measuring prism;
k=45′=0,01309 рад - угол разведения красных и синих лучей призмой Амичи;k = 45 ′ = 0.01309 rad - the angle of dilution of red and blue rays with the Amichi prism;
γ=Z·3° - угол поворота призмы Амичи в градусах.γ = Z · 3 ° - the angle of rotation of the Amici prism in degrees.
Точность отсчета угла γ по нониусу составляет ±0,3°. Следовательно, погрешность определения суммарной угловой дисперсии (Δβ)FC с помощью одной прзмы Амичи 10 составляет ±1,34·10-4 рад.The accuracy of reading the angle γ by the nonius is ± 0.3 °. Therefore, the error in determining the total angular dispersion (Δβ) FC using a
Существенными недостатками рефрактометра ИРФ-451 являются:Significant disadvantages of the IRF-451 refractometer are:
- высокая трудоемкость изготовления призмы прямого зрения Амичи;- the high complexity of manufacturing a prism of direct vision Amichi;
- субъективность восприятия оператором наличия или отсутствия окрашенности наблюдаемой в окуляре границы света и тени;- the subjectivity of the operator’s perception of the presence or absence of discoloration of the border of light and shadow observed in the eyepiece;
- не линейная зависимость между вносимой призмой прямого зрения Амичи угловой дисперсией и ее углом разворота γ;- non-linear relationship between the introduced prism of direct vision of Amici angular dispersion and its angle of rotation γ;
- наличие громоздкой жидкостной бани - термостата.- the presence of a bulky liquid bath - thermostat.
Предлагается новый способ измерения средней дисперсии света рефрактометром Аббе и устройство для его осуществления.A new method is proposed for measuring the average dispersion of light with an Abbe refractometer and a device for its implementation.
Суть предлагаемого способа состоит в том, что в рефрактометре Аббе после определения координаты положения границы света и тени XD для рабочей длины волны λD на рабочую грань измерительной призмы вместо пучка света рабочей длины волны λD направляют квазимонохроматический пучок света, у которого максимум спектральной плотности излучения µ(λ)max соответствует длине волны света λ1, существенно отличной от рабочей длины волны λD, в фокальной плоскости объектива регистрируют величину и знак относительного смещения границы света и тени ΔХ=XD-Xλ1, по нему находят общую угловую дисперсиюThe essence of the proposed method is that the Abbe refractometer after determining the position coordinates of the boundaries of light and shadow X D for working λ D-wavelength of the working face of the measuring prism instead of the beam of the operating wavelength of light λ D is directed quasi-monochromatic light beam, which has a maximum spectral density radiation μ (λ) max corresponds to the wavelength of light λ 1 , significantly different from the working wavelength λ D , in the focal plane of the lens register the magnitude and sign of the relative displacement of the border of light and shadow ΔX = X D - X λ1 , find the total angular dispersion
ΔβD,λ1=(ΔX/XDmax)·arctg(XDmax/F1),Δβ D, λ1 = (ΔX / X Dmax ) arctg (X Dmax / F 1 ),
а затем находят искомую среднюю дисперсию исследуемого вещества по формуле:
где:
(ΔFC)o - средняя дисперсия материала измерительной призмы;(Δ FC ) o is the average dispersion of the material of the measuring prism;
М=XD/XDmax - относительная координата границы света и тени, соответствующая nDX для рабочей длины волны λD;M = X D / X Dmax is the relative coordinate of the border of light and shadow, corresponding to n DX for the working wavelength λ D ;
ΔM=ΔХ/XDmax - относительное смещение границы света и тени в процессе смены квазимонохроматических пучков света;ΔM = ΔX / X Dmax is the relative displacement of the border of light and shadow in the process of changing quasi-monochromatic light beams;
XDmax - максимально возможное смещение регистрируемой границы света и тени в фокальной плоскости объектива для рабочей длины волны λD и при nDX=nDmax;X Dmax - the maximum possible shift of the recorded border of light and shadow in the focal plane of the lens for the working wavelength λ D and for n DX = n Dmax ;
ΔXD,λ1 - относительное смещение границы света и тени в процессе смены длины волны падающего на измерительную призму света;ΔX D, λ1 is the relative shift of the border of light and shadow in the process of changing the wavelength of the light incident on the measuring prism;
βDmax=arctg(XDmax/f1) - угловое поле, т.е. максимальный угол отклонения лучей после измерительной призмы;β Dmax = arctan (X Dmax / f 1 ) is the angular field, i.e. maximum beam deflection angle after the measuring prism;
f1 - фокусное расстояние объектива рефрактометра;f 1 - the focal length of the lens of the refractometer;
Предлагается устройство для осуществления способа измерения средней дисперсии света рефрактометром Аббе, содержащее стакан-осветитель, измерительную призму в виде косо срезанного цилиндра, изготовленную из прозрачного материала с известным показателем преломления nоλ и средней дисперсией (ΔFC)o, выходная грань которой соприкасается с исследуемым веществом и составляет угол Ө с выходной полированной гранью, объектив, в фокальной плоскости которого находится устройство для регистрации местоположения границы света и тени, например равномерная шкала и окуляр. Стакан-осветитель содержит основной источник квазимонохроматического света, максимум спектральной плотности излучения которого µ(λo)max совпадает с рабочей длиной волны λo, и вспомогательный источник квазимонохроматического света, максимум спектральной плотности излучения которого µ(λ1)max существенно отличается от рабочей длины волны λo. Каждый источник света подсоединен к источнику питания последовательно через переключающее устройство, обеспечивающее попеременное включение источников света. В стакане-осветителе, выполненном из материала с высокой теплопроводностью, вмонтирован датчик температуры, подключенный к терморегулятору. Между корпусом стакана осветителя и металлическим основанием-радиатором рефрактометра помещен элемент Пельтье, который последовательно через коммутирующее устройство терморегулятора подключен к источнику постоянного тока.A device is proposed for implementing a method for measuring the average dispersion of light by an Abbe refractometer, comprising a illuminator beaker, a measuring prism in the form of an obliquely cut cylinder made of a transparent material with a known refractive index n оλ and average dispersion (Δ FC ) o , the output face of which is in contact with the test substance and makes an angle Ө with the output polished face, the lens in the focal plane of which there is a device for recording the location of the border of light and shadow, for example, extraordinary scale and eyepiece. The illuminator glass contains the main source of quasimonochromatic light, the maximum of the spectral radiation density of which μ (λ o ) max coincides with the working wavelength λ o , and an auxiliary source of quasimonochromatic light, the maximum of the spectral radiation density of which μ (λ 1 ) max differs significantly from the working length waves λ o . Each light source is connected to the power source in series through a switching device, providing alternating inclusion of light sources. In a glass-illuminator made of a material with high thermal conductivity, a temperature sensor is mounted, connected to a temperature regulator. Between the case of the illuminator cup and the metal base-radiator of the refractometer, a Peltier element is placed, which is connected sequentially through a switching device of the temperature regulator to a direct current source.
На фиг.1 показана структурная схема известного рефрактометра Пульфриха ИРФ-23.Figure 1 shows a structural diagram of a known refractometer Pulfrich IRF-23.
На фиг.2 показана структурная схема известных рефрактометров Аббе многоволновых DR-M2, DR-M4 фирмы ATAGO.Figure 2 shows the structural diagram of the well-known Abbe refractometers multiwave DR-M2, DR-M4 company ATAGO.
На фиг.3 показана структурная схема рефрактометра Аббе ИРФ-454Б2М.Figure 3 shows the structural diagram of the Abbe IRF-454B2M refractometer.
На фиг.4 показан принцип сложений угловых дисперсий двух призм прямого зрения Амичи в процессе их вращений.Figure 4 shows the principle of addition of angular dispersions of two prisms of direct vision of Amici during their rotations.
На фиг.5 показана структурная схема известного рефрактометра ИРФ-451.Figure 5 shows a structural diagram of a known refractometer IRF-451.
На фиг.6 показано изображение равномерной шкалы и границы света и тени, наблюдаемых оператором при работе с рефрактометром ИРФ-451.Figure 6 shows the image of a uniform scale and the border of light and shadow observed by the operator when working with the IRF-451 refractometer.
На фиг.7 показана структурная схема предлагаемого устройства.7 shows a structural diagram of the proposed device.
На фиг.8 показан фрагмент шкалы предлагаемого устройства с изображением относительной координаты M границы света и тени для рабочей длины волны света λD и относительного смещения границы света и тени на ΔM после включения вспомогательного источника квазимонохроматического света.On Fig shows a fragment of the scale of the proposed device with the image of the relative coordinate M of the border of light and shadow for the working wavelength of light λ D and the relative displacement of the border of light and shadow by ΔM after turning on the auxiliary source of quasi-monochromatic light.
Возможные варианты осуществления предлагаемого способа измерения средней дисперсии света рефрактометром Аббе рассмотрим на примере схемы рефрактометра Аббе, показанной на фигуре 7.Possible embodiments of the proposed method for measuring the average dispersion of light by an Abbe refractometer will be considered using the example of the Abbe refractometer circuit shown in FIG. 7.
Предлагаемый рефрактометр Аббе (фиг.7) содержит стакан-осветитель 1, измерительную призму 2 в виде косо срезанного цилиндра, изготовленного из прозрачного материала, например, из стекла БК10 с известным показателем преломления nDо=1,5688 и средней дисперсией (ΔFC)o=0,01015. Входная грань измерительной призмы 2 соприкасается с исследуемым веществом 3 и составляет угол Ө=66° с выходной полированной гранью. Измерительная призма 2 закреплена в нижней части трубы 4. В трубе 4 непосредственно после измерительной призмы 2 установлен объектив 5, в фокальной плоскости которого находится устройство для регистрации местоположения границы света и тени, например равномерная шкала 6. За шкалой 6 установлен окуляр 7. Стакан-осветитель 1 содержит гильзу 8 из материала с высокой теплопроводностью. В нижней части стакана-осветителя установлено отражающее устройство 9, например, в виде призм из прозрачного материала, и два источника света - основной 10 и вспомогательный 11. Максимум спектральной плотности излучения µ(λo)max основного источника квазимонохроматического света 10 совпадает с рабочей длиной волны λо=λD=589 нм, например, желтый светодиод HLMP-EL25SY00. Для достижения еще большей монохроматичности непосредственно после светодиода 10 установлен интерференционный фильтр 12 с максимумом пропускания τmax, совпадающий с рабочей длиной волны λDmax=589 нм, имеющий полуширину пропускания Δλ≤5 нм.Proposed Abbe refractometer (7) comprises glass-
Максимум спектральной плотности излучения µ(λ1)max вспомогательного источника квазимонохроматического света 11 существенно отличается от рабочей длины волны λD, например, µ(λ1)max=447 нм (сине-фиолетовый EL383UBCH2). Непосредственно после светодиода 11 установлен интерференционный фильтр 13 с максимумом пропускания τmax≈λi=447 нм.The maximum spectral radiation density µ (λ 1 ) max of the auxiliary source of quasi-monochromatic light 11 differs significantly from the working wavelength λ D , for example, µ (λ 1 ) max = 447 nm (blue-violet EL383UBCH 2 ). Immediately after the
В гильзе 8 закреплена осветительная призма 14 из прозрачного материала, например, из полиметилметакрилата, в виде косо срезанного цилиндра. Угол среза призмы 14 равен углу среза цилиндра измерительной призмы 2. Гильза 8 закреплена в основании 15 стакана-осветителя 1, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, например из алюминиевого сплава. В основании 15 закреплен датчик температуры 16 терморегулятора 17, который размещен в корпусе подставки 18.An
Стакан-осветитель 1 и корпус подставки 18 установлены на металлической пластине 19. В нижней части основания 15 стакана-осветителя установлен элемент Пельтье 20 таким образом, что одна его поверхность имеет хороший тепловой контакт с основанием 15, а другая - с пластиной 19, служащей радиатором. Элемент Пельтье 20 последовательно через коммутирующее устройство 21 терморегулятора 17 подключен к источнику постоянного тока 22, имеющему два потенциала - «плюс» и «минус» со средней точкой.The
Источники света 10 и 11 подсоединены к блоку питания 22 последовательно через переключающее устройство 25, которое обеспечивает их попеременное подключение.The
В корпусе 18 подставки имеется отсек для аксессуаров 23 с подвижной крышкой 25.In the
Предлагаемый способ измерения средней дисперсии света рефрактометром Аббе осуществляется следующим образом.The proposed method for measuring the average dispersion of light with an Abbe refractometer is as follows.
Подставку рефрактометра с источником питания 22 и терморегулятором 17 включают в сеть (220±22) В, с помощью меню программы терморегулятора 17 устанавливают значение температуры, например 20°C, которую требуется поддерживать в стакане-осветителе 1, и выдерживают время до начала термостатирования. Из стакана-осветителя вынимают трубу рефрактометра 4, в стакан-осветитель 1 заливают 0,3-0,5 мл исследуемого вещества 3, например моторного топлива, а затем обратно вставляют в него трубу рефрактометра 4. При этом исследуемое топливо 3 заполняет промежуток между измерительной 2 и осветительной 14 призмами, с помощью переключателя 23 подключают светодиод 10 к блоку питания 22. Пучок света от желтого светодиода 10 проходит интерференционный фильтр 12, становится квазимонохроматическим с максимумом спектральной плотности излучения µ(λo)max=589 нм и шириной спектра Δλ<5 нм, отражается от отражателя 9 и попадает на границу контакта рабочей поверхности измерительной призмы 2 с исследуемым веществом 3.The refractometer stand with a
Скользящие вдоль границы контакта и близкие к ним лучи света проходят слой исследуемого вещества 3, преломляются в призму 2, проходят ее, вторично преломляются на выходной грани призмы 2 и попадают в трубу 4.Light rays moving along the contact boundary and close to them pass through the layer of the
Предельные лучи выходят из призмы 2 относительно нормали к ее выходной грани под углом βD=arcSin{nDoSin[θ-arcSin(nDx/nDo)]}=arcSin{1,5688sin[66°-arcSin(nDX/1,5688)]},The limiting rays exit from
где nDo=1,5688 - показатель преломления стекла БК10 призмы 2 для длины волны λD=589 нм;where n Do = 1,5688 - the refractive index of the
Ө=66° - угол между рабочей и выходной гранями призмы 2;Ө = 66 ° is the angle between the working and output faces of
nDx - показатель преломления исследуемого вещества 3 для длины волны λD=589 нм.n Dx is the refractive index of the investigated
Объектив 5 с фокусным расстоянием f в своей фокальной плоскости, где находится шкала 6, строит изображение границы света и тени. С помощью окуляра 7 определяют координату границы света и тени для желтого света XD=f′tg βD относительно начала отсчета Xo, соответствующего началу диапазона измерений nDxmin. Для данного примера исполнения рефрактометра, у которого шкала 6 содержит Mmax=100 делений, координату границы света и тени удобно выражать в относительных единицах в числах делений шкалы 6, т.е. М=(XD/XDmax)·100, где XDmax - максимальное смещение границы света и тени при nDmax.A
Затем, если требуется, с помощью таблиц переводят деления шкалы M в другие величины, например в измеренную величину показателя преломления nDx.Then, if required, the divisions of the scale M are converted using tables into other quantities, for example, into the measured value of the refractive index n Dx .
После определения координаты положения границы света и тени XD, выраженной в делениях M равномерной шкалы 6, переключателем 25 отключают от блока питания 22 желтый светодиод 10 и подключают вспомогательный сине-фиолетовый светодиод 11. Свет от светодиода 11 проходит интерференционный фильтр 13, становится квазимонохроматическим с максимумом спектральной плотности излучения (µλi)max=447 нм и шириной спектра Δλ<5, отражается от отражателя 9 и попадает на границу контакта рабочей поверхности измерительной призмы 2 с исследуемым веществом 3.After determining the coordinates of the position of the border of light and shadow X D , expressed in divisions M of a
Лучи сине-фиолетового света также преломляются в призму 2, проходят ее, но выходят из призмы 2 под другим углом βλi, а именно βλi=arcSin{nλioSin[θ-arcSin(nλix/nλio)]}=arcSin{1,59417sin[66°-arcSin(nλix[/1,59417)]}, где nλix=159417 - показатель преломления стекла призмы 2 для длины волны λi=447 нм;Rays of blue-violet light also refract into
nλix - показатель преломления исследуемого вещества для длины волны λi.n λix is the refractive index of the analyte for the wavelength λ i .
При этом наблюдаемая в окуляре 7 граница света и тени (фиг.8) сместится на величину ΔХ=XD-Хλi/=f′(tgβD-tgβλ), что соответствует делениям шкалы 6 ΔМ=(ΔХ/XDmax)·100. Данное смещение границы света и тени, выраженное в делениях шкалы ΔM, есть мера угловой дисперсии выходящих из призмы 2 (фиг.7) лучей ΔβD,λi относительно углового поля зрения трубы 4, то естьMoreover, the border of light and shadow observed in eyepiece 7 (Fig. 8) will shift by ΔX = X D -X λi / = f ′ (tgβ D -tgβ λ ), which corresponds to divisions of the
ΔβD,λi=(ΔX/XDmax)arctg(XDmax/f′)0,01 ΔМ·βDmax,Δβ D, λi = (ΔX / X Dmax ) arctg (X Dmax / f ′) 0.01 ΔM · β Dmax ,
где βDmax=arctg(XDmax/f′) - угловое поле зрения трубы 4;where β Dmax = arctan (X Dmax / f ′) is the angular field of view of the
f′ - фокусное расстояние объектива 5.f ′ is the focal length of the
Располагая рассчитанными заранее конструктивными коэффициентами A′ и B, координатой границы света и тени М=(XD/XDmax)·100, измеренной в желтом свете λD=589 нм, и смещением координаты ΔM=(ΔX/XDmax)·100, полученной в результате смены длины волны света, находят среднюю дисперсию исследуемого вещества 3 по формулеHaving the constructive coefficients A ′ and B calculated in advance, the coordinate of the border of light and shadow M = (X D / X Dmax ) · 100, measured in yellow light λ D = 589 nm, and the coordinate offset ΔM = (ΔX / X Dmax ) · 100 obtained by changing the wavelength of light, find the average dispersion of the
, ,
где
ΔB=Bmax-Bmin - величина изменения коэффициента B в диапазоне nDX от nDXmin до nDXmax;ΔB = B max -B min - the change in coefficient B in the range of n DX from n DXmin to n DXmax ;
(ΔFC)O - известная средняя дисперсия материала измерительной призмы 2;(Δ FC ) O is the known average dispersion of the material of the measuring
XDmax - максимально возможный диапазон смещения регистрируемой границы света и тени в фокальной плоскости объектива 5;X Dmax - the maximum possible range of displacement of the recorded border of light and shadow in the focal plane of the
βDmax=arctg(XDmax/f′) - угловое поле зрения трубы, т.е. максимальный диапазон угла отклонения лучей с длиной волны λD=589 нм на выходе призмы 2;β Dmax = arctan (X Dmax / f ′) is the angular field of view of the pipe, i.e. the maximum range of the angle of deviation of the rays with a wavelength of λ D = 589 nm at the output of
f′ - фокусное расстояние объектива 5;f ′ is the focal length of the
M=(XD/XDmax)·100 - координата границы света и тени в делениях шкалы 6, соответствующая показателю преломления исследуемого вещества nDX;M = (X D / X Dmax ) · 100 - coordinate of the border of light and shadow in the divisions of the
ΔM=(ΔX/XDmax)·100 - относительное смещение границы света и тени в процессе смены длины волны падающего на измерительную призму 2 света.ΔM = (ΔX / X Dmax ) · 100 - the relative shift of the border of light and shadow in the process of changing the wavelength of the light incident on the measuring
Для данного примера исполнения рефрактометра Аббе, у которого nDо=1,5688, (ΔFC)o=0,01015, Ө=66°, f′=75 мм, длина шкалы 20 мм (100 делений) и соответственно,
где M и ΔM - число делений шкалы 6.where M and ΔM - the number of divisions of the
Из формулы видно, что это линейное уравнение и для измерения средней дисперсии (ΔFC)х вещества достаточно определить по шкале 6 координату границы света и тени в делениях M, когда включен основной источник света 10, и величину смещения границы света и тени ΔM после смены длины волны, когда включен вспомогательный источник света 11.It can be seen from the formula that this is a linear equation, and to measure the average dispersion (Δ FC ) x of a substance, it is enough to determine, on a scale of 6, the coordinate of the border of light and shadow in the divisions M, when the main light source is 10, and the amount of shift of the border of light and shadow ΔM after changing wavelength when the auxiliary
Так, например, в процессе исследования моторного топлива предлагаемым рефрактометром Аббе получены результаты:So, for example, in the process of researching motor fuel with the proposed Abbe refractometer, the results were obtained:
M=35 делений (что по переводной таблице соответствует nD=1,4200) и ΔM=+0,95 деления. Искомая средняя дисперсия этого образца моторного топливаM = 35 divisions (which according to the conversion table corresponds to n D = 1.4200) and ΔM = + 0.95 divisions. The desired average dispersion of this sample of motor fuel
(ΔFC)х=0,00930433+(0,478996-0,00150177·35)0,95·0,00234584=0,010254618.(Δ FC ) x = 0.00930433 + (0.478996-0.0015017735) 0.9510.00234584 = 0.010254618.
В случаях, когда средняя дисперсия (ΔFC)x исследуемого вещества 3 равна 0,00930433, то при смене света основного источника 10 на свет вспомогательного источника 11 смещение границы света и тени не происходит, т.е. ΔM=0, а если (ΔFC)х<0,00930433, то смещение границы света и тени будет в противоположную сторону по сравнению с рассмотренным примером для моторного топлива, т.е. ΔM будет с противоположным знаком «минус».In cases where the average dispersion (Δ FC ) x of the
Допустим, в качестве исследуемого образца 3 в стакан-осветитель 1 залит водный раствор этиленгликоля и с помощью предлагаемого рефрактометра Аббе получены результаты измерений M=3,1 деления (nD=1,3815) и ΔM-2,4 деления. В этом случае искомая средняя дисперсия (ΔFC)х=0,00930433+(0,478996-0,00150177·3,1)(-2,4)·0,00234584=0,0066338.Suppose, as a
Из этих двух примеров осуществления предлагаемых способа и устройства видно, что разница между средней дисперсией исследуемого моторного топлива (ΔFC)х=0,01025 и средней дисперсией водного раствора этиленгликоля (ΔFC)х=0,0066338, равная 0,00362, при смене длин волн с λD на λi приведет к суммарной величине смещения границы света и тени на ΔMΣ=3,35 делений шкалы 6. Следовательно, при точности визуальной фиксации перемещения границы света и тени ±0,1 деления обеспечивается точность измерения средней дисперсии веществ ±0,0001, что является более высокой точностью по сравнению с известными способами и устройствами.From these two examples of the proposed method and device, it can be seen that the difference between the average dispersion of the investigated motor fuel (Δ FC ) x = 0.01025 and the average dispersion of an aqueous solution of ethylene glycol (Δ FC ) x = 0.0066338, equal to 0.00362, with changing wavelengths from λ D to λ i will lead to the total shift of the border of light and shadow by ΔM Σ = 3.35 divisions of
Еще более высокую точность измерения средней дисперсии можно получить, если в предлагаемом рефрактометре Аббе вместо шкалы 6 и окуляра 7 в фокальной плоскости объектива 5 установить многоэлементный фотоприемник длиной L с N фото чувствительными элементами, например, в виде линейки длиной 20 мм и 3000 элементами в строке и электронной схемой обработки сигналов.An even higher accuracy of measuring the average dispersion can be obtained if, instead of a
В этом случае смещение границы света и тени удобно выражать в пикселях.In this case, the shift of the border of light and shadow is conveniently expressed in pixels.
Регистрируемая координата границы света и тени в пикселях относительно первого фоточувствительного элемента фотоприемника будет PD=(XD/XDmax)·N=(XD/XDmax)·3000 пикселей, а расчетная формула для измерения средней дисперсии будетThe recorded coordinate of the border of light and shadow in pixels relative to the first photosensitive element of the photodetector will be P D = (X D / X Dmax ) · N = (X D / X Dmax ) · 3000 pixels, and the calculation formula for measuring the average dispersion will be
, ,
где ΔP - число пикселей, соответствующее смещению границы света и тени при смене длин волн.where ΔP is the number of pixels corresponding to the shift of the border of light and shadow when changing wavelengths.
Кроме того, при фотоэлектрической регистрации смещения границы света и тени с помощью многоэлементного фотоприемника можно увеличить точность измерения средней дисперсии за счет еще большего увеличения разницы между рабочей длиной волны λо и вспомогательной λ1, используя ИК-диапазон излучения света.In addition, when photoelectric registration of the displacement of the border of light and shadow using a multi-element photodetector, it is possible to increase the accuracy of measuring the average dispersion due to an even greater increase in the difference between the operating wavelength λ about and auxiliary λ 1 , using the infrared range of light emission.
Предлагаемый способ измерения средней дисперсии света имеет ряд преимуществ по сравнению с известными.The proposed method for measuring the average dispersion of light has several advantages compared with the known.
Во-первых, для осуществления способа не требуются дорогостоящие компенсаторы дисперсии (призмы Амичи).Firstly, the implementation of the method does not require expensive dispersion compensators (Amici prisms).
Во-вторых, существуют линейная зависимость между величиной регистрируемого смещения границы света и тени ΔM, когда меняют длину волны света, и искомой средней дисперсией (ΔFC)x, что упрощает процесс выполнения измерений.Secondly, there is a linear relationship between the magnitude of the recorded shift of the border of light and shadow ΔM, when the wavelength of light is changed, and the desired average dispersion (Δ FC ) x , which simplifies the measurement process.
В-третьих, в случаях работы с группой конкретных веществ, у которых показатели преломления nDx и, соответственно, показания предлагаемого рефрактометра M находятся в узком диапазоне, то формула для расчета средней дисперсии (ΔFC)x существенно упрощается.Thirdly, in cases when working with a group of specific substances for which the refractive indices n Dx and, accordingly, the readings of the proposed refractometer M are in a narrow range, the formula for calculating the average dispersion (Δ FC ) x is significantly simplified.
Если пользоваться предлагаемым визуальным рефрактометром, то:If you use the proposed visual refractometer, then:
- для бензинов (Mср≈35 делений шкалы 6)- for gasolines (M cf ≈35 scale divisions 6)
(ΔFC)x=0,00930433+ΔM·10-3;(Δ FC ) x = 0.00930433 + ΔM · 10 -3 ;
- для реактивных топлив (Mср≈57 дел.)- for jet fuels (M cf ≈57 div.)
(ΔFC)x=0,00930433+ΔM·9,23·10-4;(Δ FC ) x = 0.00930433 + ΔM · 9.23 · 10 -4 ;
- для дизельных топлив (Мср≈77 дел.)- for diesel fuels (M cf ≈77 div.)
(ΔFC)x=0,00930433+ΔM·8,5·10-3;(Δ FC ) x = 0.00930433 + ΔM · 8.5 · 10 -3 ;
- для водных растворов (Mср≈15 дел.)- for aqueous solutions (M cf ≈15 div.)
(ΔFC)x=0,00930433+ΔM·1,07·10-3.(Δ FC ) x = 0.00930433 + ΔM · 1.07 · 10 -3 .
В-четвертых, предлагаемый способ измерения средней дисперсии позволяет строить простейшие портативные спектрорефрактометры для выполнения экспрессных анализов качества масел, моторных топлив, лекарств и других продуктов.Fourth, the proposed method for measuring the average dispersion allows you to build the simplest portable spectrorefractometers to perform rapid analyzes of the quality of oils, motor fuels, drugs and other products.
Предлагаемые способ и устройство будут использованы для создания ряда портативных спектрорефрактометров, которые будут использоваться в пищевой промышленности (анализ животного и растительных масел), в нефтехимии (контроль моторных топлив, масел), в фармации для контроля лекарств, в химии и биологии.The proposed method and device will be used to create a number of portable spectrorefractometers that will be used in the food industry (analysis of animal and vegetable oils), in the petrochemical industry (control of motor fuels, oils), in pharmacy for drug control, in chemistry and biology.
Источники ирформацииSources of irformation
1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. 3-е изд., перераб., Л.: Химия, 1983.1. Ioffe B.V. Refractometric chemistry methods. 3rd ed., Revised., L .: Chemistry, 1983.
2. ATAGO Рефрактометры и поляриметры, WWW/atago.ru/av@labdepot,ru.2. ATAGO Refractometers and polarimeters, WWW / atago.ru / av @ labdepot, ru.
3. Патент РФ №2296981 от 10.04.2007, Бюл. №10, 2007 г. (Рефрактометр).3. RF patent No. 2296981 dated 04/10/2007, Bull. No. 10, 2007 (Refractometer).
Claims (3)
отличающийся тем, что с целью упрощения процесса измерений и повышения точности, после определения координаты положения границы света и тени XD относительно максимально возможной величины XDmax для рабочей длины волны λD на рабочую грань измерительной призмы вместо пучка света рабочей длины волны λD направляют квазимонохроматический пучок света, у которого максимум спектральной плотности излучения µ(λ)max соответствует длине волны λ1, существенно отличной от рабочей длины волны λD, в фокальной плоскости объектива регистрируют величину и знак относительного смещения границы света и тени ΔX=XD-Xλ1, по нему находят общую угловую дисперсию
где
ΔB=Bmax-Bmin - величина изменения коэффициента B в диапазоне nDх от nDхmin до nDxmax;
(ΔFC)o - известная средняя дисперсия материала измерительной призмы;
XDmax - максимально возможная величина смещения регистрируемой границы света и тени в фокальной плоскости объектива;
ΔXD, λi - относительное смещение границы света и тени в процессе смены длины волны падающего на измерительную призму света;
βDmax=arctg(XDmax/f′) - угловое поле, т.е. максимальный диапазон угла отклонения предельных лучей с длиной волны λD на выходе измерительной призмы;
f′ - фокусное расстояние объектива рефрактометра;
characterized in that in order to simplify the measurement process and increasing the accuracy, after determining the position coordinates of the boundaries of light and shadow X D relative to the maximum possible value X Dmax for working λ D-wavelength of the working face of the measuring prism instead of the beam of the operating wavelength of light λ D is directed quasimonochromatic a light beam with a maximum spectral density of radiation µ (λ) max corresponding to a wavelength λ 1 substantially different from the working wavelength λ D , in the focal plane of the lens register the value and the sign of the relative displacement of the border of light and shadow ΔX = X D -X λ1 , it is used to find the total angular dispersion
Where
ΔB = B max -B min - the change in the coefficient B in the range of n Dх from n Dхmin to n Dxmax ;
(Δ FC ) o is the known average dispersion of the material of the measuring prism;
X Dmax is the maximum possible displacement of the recorded border of light and shadow in the focal plane of the lens;
ΔX D , λi is the relative displacement of the border of light and shadow in the process of changing the wavelength of the light incident on the measuring prism;
β Dmax = arctan (X Dmax / f ′) is the angular field, i.e. the maximum range of the angle of deviation of the limiting rays with a wavelength of λ D at the output of the measuring prism;
f ′ is the focal length of the refractometer lens;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100143/28A RU2563310C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Measuring method of average light dispersion and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100143/28A RU2563310C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Measuring method of average light dispersion and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014100143A RU2014100143A (en) | 2015-07-20 |
RU2563310C2 true RU2563310C2 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=53611251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014100143/28A RU2563310C2 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Measuring method of average light dispersion and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2563310C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806195C1 (en) * | 2022-08-08 | 2023-10-27 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Photoelectric method for measuring the refractive index and average dispersion of motor fuels and device for its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2049985C1 (en) * | 1992-08-28 | 1995-12-10 | Пеньковский Анатолий Иванович | Refractometer |
JP2006284495A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Swcc Showa Device Technology Co Ltd | Method and apparatus for measuring refractive index distribution of transparent body |
RU2296981C1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Refractometer |
RU2488096C2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Фотон" | Portable differential refractometer |
JP5359482B2 (en) * | 2009-04-08 | 2013-12-04 | 横浜ゴム株式会社 | Adhesive composition |
-
2014
- 2014-01-09 RU RU2014100143/28A patent/RU2563310C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2049985C1 (en) * | 1992-08-28 | 1995-12-10 | Пеньковский Анатолий Иванович | Refractometer |
JP2006284495A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Swcc Showa Device Technology Co Ltd | Method and apparatus for measuring refractive index distribution of transparent body |
RU2296981C1 (en) * | 2005-09-15 | 2007-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Refractometer |
JP5359482B2 (en) * | 2009-04-08 | 2013-12-04 | 横浜ゴム株式会社 | Adhesive composition |
RU2488096C2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Фотон" | Portable differential refractometer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806195C1 (en) * | 2022-08-08 | 2023-10-27 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "ФОТОН" | Photoelectric method for measuring the refractive index and average dispersion of motor fuels and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014100143A (en) | 2015-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101390721B1 (en) | Measuring method of refractive index and measuring apparatus of refractive index | |
CN105954232B (en) | A kind of measuring refractive indexes of liquid system | |
US11060930B2 (en) | Glass surface stress meter and multiple-tempered glass surface stress meter | |
RU2563310C2 (en) | Measuring method of average light dispersion and device for its implementation | |
Barroso et al. | Refractive index determination of buffer solutions from visible to near-infrared spectral range for multispectral quantitative phase imaging using a calibrated Abbe refractometer | |
CN110553730B (en) | Spectrometer | |
RU2806195C1 (en) | Photoelectric method for measuring the refractive index and average dispersion of motor fuels and device for its implementation | |
US20220034803A1 (en) | Optical multimeter | |
Tilton | Testing and accurate use of Abbe-type refractometers | |
Vishnyakov et al. | GET 138-2021 state primary refractive index standard | |
RU2488096C2 (en) | Portable differential refractometer | |
CN103884684A (en) | Optical system of high-accuracy digital V-prism refractometer | |
RU2532638C2 (en) | Method of express assessment of motor fuel quality and device for its realisation | |
CN203772739U (en) | Optical system of high-precision digital V-prism refractometer | |
US7158240B2 (en) | Measurement device and method | |
EP3139126A1 (en) | Optical system of confocal sensor with visual inspection | |
Yurin et al. | Measurement of the refractive index using a goniometric system in an automated mode | |
RU2615662C2 (en) | Optical device for measuring refractive index of transparent solids with small thickness and small size | |
CN100533122C (en) | Method of white light interferometry system for variable absorption length measurement in spectrophotometer | |
CN105807580A (en) | Workpiece six freedom degree position and attitude measurement sensor device | |
CN105699335B (en) | A kind of multi-functional SPR detector | |
RU2296981C1 (en) | Refractometer | |
RU2796797C2 (en) | Fibre-optic method for determining the refractive coefficient of a transparent substance and a fibre-optical refractometric measuring converter implementing it | |
CN104535181B (en) | Utilize the device that visible spectrum bore hole is observed and read wavelength by transmission grating and the method observing and reading wavelength based on this device | |
RU2014103423A (en) | METHOD FOR MEASURING REFRACTION INDICATOR AND DISPERSION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |