Способ измерения показателя преломления оптического стекла

Способ измерения показателя преломления оптического стекла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения показателя преломления оптического стекла. Цель изобретения - повышение точности измерений. Через образец стекла, выполненный в виде призмы, пропускают параллельный поток излучения от источника линейчатого спектра, устанавливают зеркало на пути светового потока, выходящего через вторую рабочую грань призмы, совмещают падающее на него и отраженное излучение поворотом призмы, измеряют углы падения на первую рабочую грань призмы, при которых происходит автоколлимация от заркала, а также преломляющий угол призмы, по которым вычисляют показатель преломления стекла. Моменты автоколлимации регистрируют фотоэлектрическими средствами. Призму первоначально устанавливают такм образом, чтобы моменты автоколлимации от ее первой грани и начало отсчета преобразователя угла совпадали. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (50 4 С 01 N 21 4!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 1(j < 1. * 1;, 1 .Lэ. > разом.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4230556/24-25 (22) 15.04.87 (46) 30.09.89. Бюл. 1(36 (72) В.P..Демчук и И.И.Зайцев (53) 535 .024 (088.8) (56) Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Высшая школа, 1981 с. 104-!07.

Патент Франции Р 2057307, кл. С 01 N 21/41, 1969. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения показателя преломления оптического стекла. Цель изобретения — повышение точности из.мерений. Через образец стекла, выполИзобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим измерениям показателя преломления стекла, и может быть использовано в оптико-механической промышленности, а также при физических исследованиях оптически прозрачных материалов.

Цель изобретения — повьппение точности измерений °

На фиг.l изображено устройство, реализующее способ; на фиг.2 — оптическая схема измерений.

Устройство содержит фотоэлектрический автоколлиматор 1, поворотную платформу 2 с преобразователем 3 угла и предметным столом 4, на котором

2 ненный в виде призмы, пропускают параллельный поток излучения от источника . линейчатого спектра, устанавливают зеркало на пути светового потока, выходящего через вторую рабочую грань призмы, совмещают падающее на него и отраженное излучение поворотом призмы, измеряют углы падения на первую рабочую грань призж(, при которых происходит автоколлимация от зеркала, а также преломпяющий угол призмы, по которым: вычисляют показатель преломления стекла. Моменты автоколлимации регистрируют фотоэлектрическими средствами ° Призму первоначально устанавливают таким образом, чтобы моменты автоколлимации от ее первой грани и начало отсчета преобразователя угла совпадали. 2 ип. нанесена метка 5 и установлена призма 6. На неподвижном корпусе 7 установлено зеркало 8 под углом !" к параллельному световому потоку, выходящему иэ автоколлиматора 1. На первый вход блока 9 обработки информации поступают сигналы с выхода преобразователя 3 угла, на второй вход блока

9 обработки поступают сигналы с выхода фотоэлектрического автоколлиматора 1, на третий вход блока 9 поступают сигналы с выхода формирователя 10 начала считывания информации с преобразователя 3 угла.

Способ осуществляют следующим об3 1511647

Призму б устанавливают на предва-, рительно отгоризонтированном предметном столе 4 так, чтобы ось вращения поворотной. платформы 2 лежала на бис"

5 сектрисе преломляющего угла оС призмы, которая заранее может быть обозначена на ее основании. Совмещение нормали к первой рабочей грани приэмы 6 с меткой 5, определяющей начало иэмере-1Q ния углов преобразователем 3 (например, кольцевым лазером J, осуществля-. ют поворотом призмы 6 на предметном столе 4 вокруг оси вращения поворотной платформы 2, 1(оворот призмы б 15 выполняют до совмещения наблюдаемых визуально метки 5 (выполненной контрастным цветом по отношению к поверхности предметного стола 4} и ее изображения в отраженном рабочей гра-20 нью призмы 6 световом потоке.

После установки призмы 6 включают источник линейчатого спектра, установленный в фотоэлектрическом автоколлиматоре 1. Световой поток источника,линейчатого спектра проходит через щелевую диафрагму, выходит па" раллельным потоком из автоколлиматора 1 и проходит через призму 6, которая разлагает световой поток в спектрЛО

На неподвижном корпусе 7 устанавливают зеркало 8 на пути светового потока, выходящего через вторую рабочую грань призмы б. Для удобства установки зеркала 8 на неподвижном корпусе

7 может быть нанесена шкала углового положения зеркала 8 относительно направления светового потока автокол" лиматора 1. Шкала может быть выполнена с ценой деления,,равной 0,5-1 . 40

Для обеспечения автоколлимации с учетом закона Снеллиуса и известных па- . раметров призмы получаем диапазон возможных углов установки зеркала

8 в виде 45

II

- — + М - arcsin -сонМ +

since nc " lj cjoy c C + 2 crccoc х пснап 2 9 (1)

50 где ot. - преломлялций угол приэьы; и „и и - соответственно красная и синяя границы измеряемого диапазона показателей преломления .

Наблюдая падающий и отраженный от зеркала 8 световой поток, наклоном и разворотом зеркала 8 совмещают нормаль к его поверхности с плоскостью

4 главного сечения призмы б и отражен- I ное от зеркала 8 излучение с падающим, что обеспечивает автоколлимационный ход лучей. После установки зеркала 8 включают вращение поворот" ной платформы 2. При повороте платформы 2 с преобразователем 3 и призмой б на выходе автоколлиматора l регистрируют дважды электрические импульсы, сформированные для каждой длины волны регистрируемого спектра в моменты времени, когда осуществляется автоколлимационный .ход лучей, По числу импульсов определяют два угла Ц и g падения излучения, соответствующие двум последовательным автоколлимациям луча, отраженного зеркалом 8. Так же регистрируют импульсы при автоколлимации от рабочих граней призмы б и определяют угол М, при вершине призмы. Для удобства реализации способа начало считывания информации с преобразователя 3 совмещают, например, с моментом времени, когда осуществляется автоколлимация первой рабочей грани призмы 6. Информацию с преобразователя 3, поступающую в блок

9 обработки информации, подсчитывают за временные интервалы, определяемые импульсами, поступающими с автоколлиматора 1.

На основании закона Снеллиуса для автоколлимации луча, отраженного от зеркала 8, формула для определения показателя преломления и призмы на длиие волны будет иметь вид

sin($ +Vq -к ндпО н1.п(с4 — arcsin — - ) п> где ц — угол падения светового потоЪ ка на рабочую грань призмы

6 для длины волны Q .

В результате тригонометрических преобразований выражение (2) может быть приведено к квадратному уравнению относительно tg(g, из анализа корней которого получаем соотношение для углов q) и g<> падения, соответствующих двум последовательным автоколлимациям луча:

y, + Ч„= - I| + М. (3)

Подставляя соотношение (3) в соотношение (2), получим формулу для вы-числения показателя преломления п1 в виде

1511647

2 (81пЧQ> + созе 81ПЧю

sin (;

+ !.Вд (4) ч(sin об

После определения величин углов с(,, Ц(, и Ц> показатель преломления стекла дпя длины волны Я рассчитывают по формуле (4) .

Повышение точности в способе до- 10 стигается благодаря тому, что он позволяет использовать призмы с большим преломляющим углом по сравнению с известным способом автоколлимации.

Дпя контроля достоверности резучь- 5 татов измерения для каждой длины волны может быть вычислена сумма углов падения и, например, их среднее значение. Наибольшему отклонению для какой-либо длины волны от среднего зна- 20 чения будет соответствовать наибольшая погрешность измерения.

Для контроля достоверности измерений может использоваться так же сравнение сумм измеренных углов падения 25 с величиной суммы углов для какой" либо одной длины волны, например, имеющей наибольшую интенсивность, поскольку при ее регистрации соотношение сигнал/шум имеет наибольшее зна- 30 чение, При этом может быть установлен допуск на величину отклонения из.— меренных сумм от выбранной или заданной величины. Выход измеренных значений за установленный допуск может квалифицироваться как сбой в работе устройства.

Для дальнейшего повышения точности измерений способ может быть реализован и в динамическом режиме путем 40 вр(щения платформы на углы, кратные

Я.

Отсчет .количества углов поворота, платформы 2 на углы, кратные 2и, осуществляют с помощью формирователя lp 45 начала считывания информации с преобразователя 3.

По результатам счета информации в блоке 9 обработки вычисляются средние значения углов Q и (p падения 50 дпя каждой длины волны и преломляющий угол (х, призмы. После набора необходимого объема информации вычислягде р(, — преломпяющий угол приэмь(. ют значения показателей преломления для каждой длины волны по формуле (4).

Использование источника линейчатого спектра позволяет одновременно при повороте призмы на угол 2((выполнить измерение показателя преломления на всех длинах волн, которые дает химический элемент-наполнитель лампы в регистрируемом диапазоне спектра. Это обеспечивает широкий спектральный диапазон измерения показателя преломления. Способ позволяет повысить точность измерения в два раза.

Ф о р м у л а изобретения

Способ измерения показателя преломления оптического стекла, включающий направление на образец, выполненный в виде призмы, коллимированиого светового потока с линейчатым спектром и фотоэлектрическую регистрацию прошедшего призму светового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед фотоэлектрической регистрацией прошедший через призму световой поток направляют в обратном направлении зеркалом, нормаль к плоскости которого совмещена с плоскостью главного сечения призмы, поворачивают призму относительно оси, проходящей перпендикулярно плоскости главного сечения призмы через, биссектрису ее преломляющего угла, и по результатам фотоэлектрической регистрации фиксируют две последовательные автоколлимации луча, отраженного зерклом, и измеряют соответствующие им углы падения Q(g н (f g светового по» тока на рабочую грань призмы для каждой длины волны Я линейчатого спектра, а затем определяют показатель преломления и оптического стекЯ ла по формуле 511647

Фие. 2

Составитель С.Голубев

Техред И.Верес

Редактор А.Ревин

Корректор Л.Патей

Заказ 5895/46 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101