Автоматический погружной рефрактометр

Автоматический погружной рефрактометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсник

Социалистичесиик

Республик (l 1) 1000865

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 20.10.81 (21) 3349284/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l) M. Кл.

С 01 и 21/41 .

Гееударстеевай кенктет

СССР ю маем кзееретеккк и етернтик

Опубликовано 20.02.83. Бюллетень М 8 (53) УДК 535.322 (088.8) Дата опубликования описания 28. 02 .83

f

) °

Э.И. Красовский, Б.В. Наумов,.и И.Н. Комчук

1 (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54 ) АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОГРУЖНОЙ РЕФРАКТОМЕТР

Изобретение относится к устройствам для исследования физических свойств веществ, а именно к рефрактометрам, и может быть использо. вано при дистанционном измерении показателя преломления прозрачных жидкостей и газов.

Известны автоматические погружные рефрактометры, действие которых основано на изменении угла отклонения све о тового пучка в зависимости от величины показателя преломления (1 ).

Однако такое устройство обладает ограниченной точностью.

Наиболее близким техническим реше-, нием к предлагаемому является автоматический погружной рефрактометр, содержащий источники излучения и расположенные по ходу излучения цель, объектив, гониометрическую кювету и го строчный фотоприемник (2 ).

Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения, обусловленная влиянием изменений напряжения питания сканистора, температурннми флуктуациями и другими при. чинами, характерными для аналоговых преобразователей. Эти недостатки могут быть устранены лишь при преобразовании оптической информации в дискретную форму без промежуточного преобразования в аналоговый электрический сигнал, однако в устройстпе-прототипе не представляется возможным осуществить такое преобразование,поскольку дискретные многоэлементные приемники имеют столь большие размеры светочувствительных площадок, что погрешность дискретизации становится недопустимо большой.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что B автоматический погружной рефрак" тометр, содержащий источник излучения и расположенные по ходу излучения цель коллимационный объектив, гонионетрическую кювету и строчный фотоприемник, 3 10008 дополнительно введены ть с тро чмых фотоприемников, выполненных в виде единой матрицы, генератор импульсов, механизм поворота матрицы, пороговое устройство, триггер, логическая схема И и счетчик; причем выход матрицы соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к входу S три ггера, выход

Р триггера соединен с первым входом логической схемы И, второй вход которой 1р подключен к первому выходу генератора импульсов и к входу матрицы, а выход— к входу счетчика, второй выход генератора импульсов подключен к R входу триггера, а третий выход — к второму входу счетчика, причем щель развернута относительно столбца матрицы на угол, равныи агсй<> —,где

К >> и><

h и Н - шаг элементов матрицы соответственно вдоль строки и столбца;

n — число строк матоицы; К = +1, +2, +3

На фиг. 1 представлена блок-схема одного из вариантов устройства; на фиг. 2 — расположение изобра><ения р5 щели относительно элементов матрицы фотоприемни ков.

Устройство содержит источник 1 излучения, оптически сопряженный конденсатором 2 с щелью 3. Цель помецена в фокальной плоскости объектива 4. Гониометрическая кювета образована иллюминатором 5 и зеркалом 6.

В фокальной плоскости объектива 4 помещена матрица 7 фотоприемников с.

35 механизмом 8 ее поворота относитель"но изображения щели 3. В данном примере использована матрица приборов с зарядовой связью (ПЭС) . Выход матрицы подключен через пороговое уст40 ройство 9 к входу 5 триггера 10. Выход Р триггера присоединен к первому входу логической ячейки И 11, выход которой подключен к первому в:<оду счетчика 12. Устройство содержит так45 же генератор 13 импульсов (импульсов последовател ьного опроса элементов матрицы вдоль строки и от строки к строке ), имеющий первый выход тактовых импульсов, подключенный к входу

so матрицы и к второму входу логической ячейки И, второй выход импульса начала строки, подключенный к входу

R триггера, и третий выход импульса начала кадра, подключенный к второму входу счетчика сброса в "0".

Матрица ПЭС содержит (фиг. 2) 192 элемента, расположенных в 16 столбцов и 12 строк (обозначение элемента Э;

65 4 где 1 — номер столбца; К - номер строки) . Иэображение 14 щели 3 развернуто относительно столбца матрицы на угол, тангенс которого равен ЬН где 1„и Н - шаг элементов матрйцы соответственно вдоль строки и столбца.

Устройство работает следующим образом.

Элементами 1-4 формируетсл коллимированный световой пучок, проходящий через иллюминатор 5 и исследуемую среду, заключенную в кювете (между иллюминатором 5 и зеркалом 6 ), отразив-, шись от зеркала, световой пучок вновь проходит через иллюминатор 5 под углом (к оптической оси объектива 4), величина которого.зависит от показате- ля преломления исследуемой среды. 0 результате, при изменении показателя преломления перемещается и зобра><ение щели в фокальной плоскости объектива 4. В этой плоскости установлены светочувствительные элементы — матрица ПЭС 7. Механизм 8 поворота служит для установки ее таким образом, что изображение щели наклонено относительно столбца матрицы 7 на угол о

ЬН вЂ” (реально порядка 10 так как обыч-! но шаг элементов матрицы вдоль строки мало отличается от шага вдоль столбца ).

Работа устройства происходит циклами, последовательность которы:: задается генератором 13 импульсов. В начале цикла выдается импульс "Начало

><адра", которым счетчик 12 импульсов устанавливается в "0". Далее следует импульс "Начало строки", который устанавливает триггер 10 в положение, при котором на выход Р подаетсл высокое напряжение. При этом через логическую схему И 11 на счетчик 12 начинают поступать импульсы одновременно с импульсами сдвига (развертки ) первой строки (тактовыми импульсами ).

Так происходит до тех пор, пока на B>I ход матрицы ПЭС 7 не попадет импульс, соответствующий засвеченному элементу (световой поток, падающий ма него, превышает пороговую величину ). Этот импульс проходит через пороговое устройство 9 и перебрасывает триггер 10 в положение, при котором на выходе Р низкое напряжение. Логическая схема

И 11 перестает пропускать импульсы от генератора 13 импульсов на счетчик 12.

Таким образом, счетчик 12 фиксирует количество импульсов, равное числу

5 1000 элементов первой строки ПЭС от первого в стро«е до первого засвеченного (три импульса при положении щели,изображенном на фиг. 2 непрерывной линией-). Далее по мере сканирования стро- ки в работе устройства ничего не из-: менится (импульсы на счетчик 12 не поступают). Изменение наступит только в начале второй строки, когда импульс

"Начало стрОки" перебросит триггер 10 10 и на счетчик 12 начнут поступать импульсы от первого Во второй строке до импульса, соответствующего первому засвеченному элементу в этой строке.

При появлении на выходе матрицы 7 им- 15 пульса от засвеченного элемента пропускание тактовых импульсов на счетчик 12 прекратится и т,д.

Таким образом, при развертке изображения со всех элементов матрицы 7 20 счетчик 12 зафиксирует количество импульсов, равное количеству элементов от первого в строке до первого эасве1. ченного (эти элементы ограничены мирной сплошной линией на фиг. 2) . При - 25 смещении изображения цели 3 на один элемент вправо, в каждой строке добавится по одному элементу, т.е. счетчик .12 зафиксирует на и импульсов больше. При смещении иэображения на Э0 долю ширины элемента - (это смещеIll ние показано пунктирной линией на фиг. 2 для в = 3) количество нез»свеченных элементов увеличится на— и (на 4 на фиг. 2, где элементы, обеспечиваюцие прохождение импульсов на счетчик 12, находятся слева от жир- ной пунктирной линии ) .

Техническая эффективность предла" гаемого устройства состоит в повыше" нии точности измерения показателя преломления. В предлагаемом устройстве обеспечивается регистрация смещения полосы в дискретной форме. Например, при использовании матрицы в

200 строк при ширине элемента 20 мкм погрешность составит 0,1 мкм, что эквивалентно при фокусном расстоянии объектива 4200 мм, углу отклонения светового пучка 5 ° 10 "pap. Такой угол, при чувствительности гониомет$0 рической кюветы порядка 1, соответст-, вует пороговой величине показателя преломления 5-10 1рад, что меньше погрешности, даваемой проектом всесоюзного эталона. Снижению погрешности способствует также непосредственное преобразование положения свето865

Bof-o пучка в дискретный сигнал. Это снижение погрешности тем более эффективно, что благодаря цикличности, т.е. увеличению количества с-.емов. информации о положении полосы (цикл состоит из и отсчетов, где и - число строп), снижается вес сбоев, обусловленных неравномерностью чувствитель" ности элементов матрицы, а та<О<е погрешности, .связанной с флуктуациями уровня порога (так как примерно равновероятны мгновенное флуктуационное повышение и понижение порогового уровня, благодаря большому количеству отсчетов эта погрешность. существенно снижается ). формула изобретения

Автоматический погружной рефрактометр, содержащий источник излучения и расположенные по ходу излучения щель, коллимационный объектив, гониометрическую кювету и строчный фотоприемник, отличающийся те4, что,с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены и строчных фотоприемников, выполненных в виде единой матрицы, генератор импульсов, механизм поворота матрицы, пороговое устройСтво, триггер, логическая схема И и счетчик, причем выход матрицы соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к входу 5 триггера, выход Р триггера соединен с первым входом логической схемы И, второй вход которой подключен к первому выходу генератора импульсов и к входу матрицы, а выход — к входу счетчика, второй выход -генератора импульсов подключен к R входу триггера, а третий выход - к второму входу счетчика, причем щель развернута относительно столбца матрицы на угол, равК ° h ный arctg H, где Ь и Н - шаг

n° - Н элементов матрицы соответственно

ВДОль стрОки и стОлбца 1 и — числО строк матрицы, К = +1, + 2, + 3

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 705313, кл. Gr 01 М 21/41, .1975.

2. Авторское свидетельство СССР

ti" 463044, кл. С 0 1 М 21/41, 1980 (прототип ).

1000865

АБ-б

Составитель A. 1урбаков

Редактор Л. Иотыль Техреду Ж. Кастелевич Еоооектоо И ° 1 ос га

За ка з 1368! 4 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 8-35, Растаскал наб. g. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч