close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4270

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4270
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01N 21/00,
G 01N 21/39
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: a 19990521
(22) 1999.05.25
(46) 2001.12.30
ЛАЗЕРНЫЙ РЕФРАКТОМЕТР
(71) Заявитель:
Белорусская
государственная
политехническая академия (BY)
(72) Авторы: Тузков Ю.Ф., Зуйков И.Е. (BY)
(73) Патентообладатель:
Белорусская
государственная политехническая академия (BY)
(57)
Лазерный рефрактометр, содержащий моноблок, лазер, отражатель с приводом и фотоприемник, отличающийся тем, что в него введены экстремальная система регулирования и система обработки информации,
причем первый вход экстремальной системы регулирования соединен с фотоприемником, а первый выход - с
приводом отражателя, второй вход и второй выход экстремальной системы регулирования соединены соответственно с выходом и входом системы обработки информации.
(56)
Конопелько Л.А. и др. Многофункциональный лазерный интерференционный рефрактометр для анализа
газов. Измерительная техника. 1997. - № 10. - С. 65-69.
Лейбенгардт Г.И. и др. Высокоточный двухволновой лазерный интерференционный рефрактометр. Измерительная техника. 1991. - № 7. - С. 14.16.
BY 4270 C1
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для аттестации газовых
смесей различной концентрации.
Известен двухволновый лазерный рефрактометр [Лейбенгардт Г.И. и др. Высокоточный двухволновый
лазерный интерференционный рефрактометр. Измерительная техника. 1991. - № 7. - С. 14-16.], оптическая
часть которого включает моноблок из плавленого кварца, два лазера, отражательный блок с модулятором,
призму Кестерса, две светоделительных призмы, два поворотных зеркала, два фотоприемника. Дискретность
отсчета данного устройства в долях длины волны составляет λ/200, разрешающая способность по показателю преломления 0,3⋅10-8. Однако данное устройство является громоздким и дорогостоящим.
Наиболее близким к предлагаемому является лазерный интерференционный рефрактометр (ЛАЗИР) [Конопелько Л.А., Найденов А.С. Многофункциональный лазерный интерференционный рефрактометр для анализа газов. Измерительная техника. 1997. - № 10. - С. 65-69.], содержащий лазер, моноблок из плавленого кварца,
светоделительную призму, отражатель с приводом, два поворотных зеркала. Оптическая часть ЛАЗИР представляет собой интерферометр Майкельсона. Фотоприемник электрически соединен с памятью и компьютером. Дискретность отсчета данного устройства в долях длины волны составляет λ/200, что соответствует
разрешающей способности по абсолютному значению показателя преломления 3⋅10-9.
Основным недостатком данного устройства является низкая точность измерения показателя преломления
аттестуемого газа.
Заявляемое изобретение направлено на повышение точности измерения показателя преломления аттестуемого газа.
Для решения этой задачи в лазерный рефрактометр, содержащий моноблок, лазер, отражатель с приводом и фотоприемник, введены экстремальная система регулирования и система обработки информации,
причем первый вход экстремальной системы регулирования соединен с фотоприемником, а первый выход - с
приводом отражателя, второй вход и второй выход экстремальной системы регулирования соединены соответственно с выходом и входом системы обработки информации.
При заполнении канала моноблока исследуемой газовой средой оптическая длина канала изменяется на
величину:
∆L=L(n2-n1)=L∆n, (1)
где L - геометрическая длина канала моноблока;
n1 - показатель преломления газа сравнения;
n2 - показатель преломления исследуемого газа.
При компенсации изменения оптической длины ∆L с помощью привода можно записать равенство:
∆n =
U 1
λ / 2 , (2)
Uλ / 2 L
где U - сигнал на приводе отражателя;
Uλ/2 - сигнал, соответствующий изменению оптической длины между лазером и отражателем на λ/2;
λ - длина волны излучения лазера.
Ошибка определения ∆n, обусловленная неточностью определения величин напряжения на приводе отражателя и определения геометрической длины моноблока, равна:
 δU
δU λ / 2 ⋅ U
U ⋅ δL 
δ(∆n) = λ / 2 ⋅ 
+
+
=
2
 U ⋅ L (U ) ⋅ L U ⋅ L2 
λ/2
λ/2
 λ/2

 δU ⋅ U λ / 2 + δU λ / 2 ⋅ U
U ⋅ δL 
1
= λ/2⋅
+
≈ λ/2⋅
2
2 

(U λ / 2 ) ⋅ L
Uλ / 2 ⋅ L 
L

 δU λ / 2 δL 
.
⋅
+
 U
L 
 λ/2
(3)
Для цифровых приборов, используемых при измерении постоянных напряжений, погрешность измерений
согласно [Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк,
Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М. Душина. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,
1987. - С. 393.] равна:
δU
= 2,5 ⋅ 10 − 3% . (4)
U
2
BY 4270 C1
Для цифровых приборов, используемых при измерении линейных размеров и расстояний, погрешность
измерений для расстояний 10-107 мм согласно [Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для
вузов /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.; Под ред. Е.М. Душина. - 6-е изд., перераб. и доп.- Л.:
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. - С. 456.] равна:
δL
= 5 ⋅ 10 − 3% .
L
(5)
С учетом (11) и (12) соотношение (10) принимает вид:
δ(∆n)=7,5⋅10-5.
(6)
При λ=0,63⋅10-6м σ(∆n) будет иметь значение:
δ(∆n)=4,725⋅10-11.
(7)
Заявляемое изобретение обеспечивает получение нескольких технических результатов. Приведенные
выше расчеты свидетельствуют о возможности значительного повышения точности измерения разности показателей преломления аттестуемого газа и газа сравнения. Уменьшение количества элементов оптической
схемы снижает чувствительность рефрактометра к вибрациям и его стоимость.
Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой лазерного рефрактометра.
Рефрактометр содержит моноблок 1, лазер 2, фотоприемник 3, отражатель 4 с приводом 5, экстремальную систему регулирования (ЭСР) 6, систему обработки информации (СОИ) 7. Зеркала лазера 2 и отражатель 4 образуют линейный трехзеркальный резонатор. Изменение длины оптического пути за счет изменения
показателя преломления среды, находящейся в канале моноблока, приводит к модуляции интенсивности лазерного излучения, причем полный цикл модуляции происходит при изменении длины оптического пути на
λ/2 [Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. - Л.: Машиностроение, 1978 - 336 с.]. Первый вход ЭСР 6 соединен с фотоприемником 3, первый
выход ЭСР 6 соединен с приводом 5, второй вход и второй выход ЭСР 6 соединены соответственно с выходом и входом СОИ 7.
Работа рефрактометра осуществляется следующим образом.
С помощью ЭСР 6 отражатель 4 удерживается в положении, соответствующем сигналу минимальной интенсивности на фотоприемнике 3. В качестве ЭСР может быть использована любая, известная в настоящее
время. При заполнении канала моноблока исследуемой газовой средой оптическая длина канала изменяется.
ЭСР 6 компенсирует это изменение путем изменения напряжения на приводе 5. Когда напряжение на
приводе 5 изменяется на Uλ/2, соответствующее изменению оптической длины на λ/2, СОИ 7 вырабатывает
сигнал для ЭСР 6 для ступенчатого изменения напряжения на компенсирующем приводе 5 на величину Uλ/2,
отражатель 4 перемещается на λ/2, ЭСР 6 автоматически “привязывается” к соседнему минимуму интенсивности излучения лазера и одновременно в СОИ 7 вырабатывается декрементный или инкрементный импульс
в зависимости от знака изменения напряжения. Число импульсов соответствует изменению оптической длины на такое же число λ/2. Таким образом, сигнал на приводе 5 определяется по формуле U=m⋅Uλ/2 + ∆U, где
m - число импульсов, ∆U - дробная часть сигнала на компенсирующем приводе 5, принимающая значения в
интервале 0≤∆U<Uλ/2.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
106 Кб
Теги
by4270, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа