自动V棱镜折射仪制造技术

一种用于透明物体折射率测量的自动Ｖ棱镜折射仪，由光源、聚光镜、滤光片装置、狭缝、分束器、准直物镜、玻璃Ｖ形凹块、准直反射镜、菲尔光栅盘及其角度编码器、振动狭缝、光电倍增管、计算机、信号处理系统、控制电路、变速驱动系统等组成，利用计算机控制步进电机驱动莫尔光栅盘和振动狭缝进行高精度光电蠛准和精密测角，并自动进行数据处理，达到了高精度测量物体折射率，减轻工作人员劳动强，避免主观误差，提高工作效率之目的。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量物体折射率的光学测试仪器，是对V棱镜折射仪的改进，特别是关于利用V棱镜折射原理的测量物体(固体，液体)折射率色散系数和部分色散的自动V棱镜折射仪。目前广泛应用的V棱镜折射仪的光路原理如附图说明图1所示，它由光源1、滤光片3、准直平行光管101、玻璃V型凹块9、待测样品11、光学度盘102、瞄准望远镜103和读数显微镜104等组成，该议器的优点是结构简单，但是它存在如下问题1.由于光学度盘的测角精度仅为10秒，因此折射率的测量精度比较低，为±(3-5)×10-5;2.仪器采用瞄准望远镜和读数显微镜工作，操作人员长期工作，容易产生视力疲劳，不同操作人员会产生主观误差。本专利技术的目的是提供一种自动V棱镜折射仪，以提高折射率的测量精度，减轻操作人员劳动强度，尽量避免主观误差，提高工作效率。本专利技术的技术方案是根据V棱镜测量物体折射率的原理，改进光路设计，利用计算机控制步进电机驱动莫尔光栅盘和振动狭缝进行高精度光电瞄准和精密测角，并自动进行数据处理。本专利技术的自动V棱镜折射仪的原理框图如图2所示。沿光路有光源1、聚光镜2、滤光片3、狭缝4、玻璃V形凹块9之间还有分束器5和准直物镜8，狭缝4位于聚光镜2和准直物镜9的共焦面上，在分束器5并垂直于光路的一侧有振动狭缝6和光电倍增管7，沿光路在玻璃V形凹块9的另一端有一准直反射镜13，在玻璃V形凹块的一侧(后面或前面)装莫尔光栅盘10，该光栅盘的主轴20的轴线与光路垂直并通过玻璃V形凹块的V形空间，莫尔光栅盘的主轴上有一固定的L形连杆12与准直反射镜13固定连接，以保证光栅盘和准直反射镜同步运动。还有计算机16，打印机17，信号处理电路18，控制电路15，变速驱动系统14和光栅盘10的角度编码器19，由所说的光电倍增管7接收的光电瞄准信号经信号处理电路18输入计算机16，经过判断，计算机输出控制信号，经控制电路15，控制变速驱动系统14的运动，带动光栅盘10和准直反射镜13运动。当仪器处于瞄准状态时，计算机从角度编码器19读取折射角值，并进行数据处理，结果由打印机17输出。为了充分利用光路中的光能量，所说的分束器5应是半透半反的，所说的振动狭缝6应位于准直物镜8的反回光束经分束器5反射后的光路上的焦面上，以保证反射光束中尽量多的光能通过振动狭缝6而被光电倍增管7接收。本专利技术由于采用了高精度的莫尔光栅盘和振动狭缝进行高精度光电瞄准和精密测角，计算机自动控制寻的和处理数据，因而，折射率的测量精度提高到1-1.5×10-5，操作人员劳动强度大大降低，避免了主观误差，也提高了工作效率。下面结合附图对本专利技术及实施例作进一步说明。图1是已有V棱镜折射仪的光路原理2是本专利技术的实施例的光路和结构框3是图2中莫尔光栅盘10和准直反射镜13的变速驱动系统14的剖视4是滤光片装置，左图是滤光片装置的剖视图，右图是其左视5是光源支架的顶视6是光源支架的D-O-D剖视7为控制电路8为信号处理系统电路9是计算机16的工作程序图从图2至图9构成了本专利技术的最佳实施例图2中元、器件的静态位置关系如上述，这里不再赘述。图3是莫尔光栅盘10和准直反射镜13的变速驱动系统14的一种实例。图中12是将准直反射镜13固定连接在光栅盘10的主轴20的L形连杆。步进电机141，步进电机轴延长的蜗杆142、蜗轮143和主轮144构成莫尔光栅盘10和准直反射镜13的变速驱动系统。图4是为了测试过程中更换滤光片方便而设计的滤光片装置。该装置包括固定在仪器底座311上的支架310，装在支架上螺孔305内的固定轴313和可绕轴旋转的滤光片转盘303，该盘上至少有7个在同一圆周上均匀分布的供安放滤光片3的通孔301，本实施例有8个通孔，每个孔有L形环状凸缘供放滤光片用，滤光片靠弹簧压圈302压牢。这8个通孔中顺序装入与汞灯的e、g、h线，氪灯的c、f线，氦灯的d、r线相应的滤光片，如图中的e、g、h、c、f、d、r所示，还有一个孔可随时根据测量需要安放特定谱线的滤光片。滤光片转盘上还有与通孔301数量相等的限位洞304，该限位洞与旋入支架的螺孔309的顶螺307凹槽中的弹簧308和顶珠306的配合下，起滤光片转盘303的定位作用。所说的支架310由固定螺钉312固定在底座311上时，正好使滤光片转盘上一块滤光片处于光路中。图5和图6表示一个可方便地更换光源的光源支架，图5是其顶视图，图6是图5的DOD剖视图，它可同时安装汞灯、氪灯和氦灯，使用时只要转动该支架，即可将所需的灯光旋转到工作位置。该支架改换其他光源也很方便。图7是计算机控制步进电机141运动的控制电路14的电路图。控制电路包括PIO接口，PIO的PB5、PB6、PB7分别通过相同的电路，即由集成块75452P、光电隔离器22和功率放大的集成块TWH8751组成的电路分别与步进电机的三个绕组A、B、C相连，实现对步进电机的控制，其控制过程是1>正向转动时，步进电机驱动绕组的控制顺序为 在寻的过程中，若找不到瞄准信号，步进电机可一直旋转，到计算机事先设定的最大驱动步数时，进行反向寻的。2>反向转动时，步进电机驱动绕组的控制顺序为 在寻的过程中，若找不到瞄准信号，步进电机可一直转动，到反向最大驱动步数时，自动进行正向寻的。信号处理系统18的电路如图8所示，它主要由信号放大电路，相敏检波器21，A/D变换器和PIO接口组成。图中BG1和BG3可选场效应管3DJ4。光电倍增管7接收的光信号变为电信号，由隔直电容C1耦合到BG1进行前置放大，C2、C3组成高频滤波器，BG2和电容C8，电位器W1组成移相网络，R7和R8阻值相等，在BG2的发射极和集电极提供两个数值相等、相位相反的信号源，调节W1能使A点输出信号的相位改变。BG3组成射极跟随器，BG4、BG5和BG6均为信号放大而设置的，放大后的信号由射极跟随器BG7经电容C19送至相敏检波器21进行信号解调，经A/D变换器，由PIO接口输入计算机16。角度编码器19是莫尔光栅盘10带的，例如上海机械学院的产品，可直接与计算机连接并进行角度采样。计算机在测量过程中工作程序如图9所示。图2至图8组成了本专利技术的最佳实施例，下面以测量待测样品11相对于汞灯的g线的折射率为例说明本专利技术的动态过程。1.首先转动光源支架使汞灯就位，拨动滤光片转盘使滤光片g进入光路，打开电源，汞灯光经聚光镜2通过滤光片g，汞灯的g线光照亮狭缝4，狭缝4形成的暗线和光束一起通过分束器5和准直物镜8，穿过玻璃V形凹块9，指向准直反射镜13，准直反射镜将光反射回，经过玻璃V形凹块9，准直物镜8，在分束器5上进行分光，其反射光经振动狭缝6被光电倍增管7接收，2.启动计算机并初始化后，输入被测样品号、测试日期和测试者号。3.找基准将标准V块放入玻璃V形凹块9的V形空间，键入标准V块折射率N，计算机即自动控制进行找基准。其过程是狭缝4暗线的象偏离振动狭缝6中心的平衡位置时，称为未瞄准状态，光电倍增管7输出一非正弦电信号，放大后由BG7经电容C19耦合进入相敏检波器21，经相敏检波后的电信号输出不为零，这个信号A/D变换后，由PIO接口送入计算机，计算机发出驱动步进电机141的指令，通过控制电路15驱动步进电机旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量玻璃等透明物体折射率的自动Ｖ棱镜折射仪，沿光路有光源１、聚光镜２、滤光片３、狭缝４、玻璃Ｖ形凹块９，其特征在于：１〉沿光路在狭缝４和玻璃Ｖ形凹块９之间还有分束离５和准直物镜８，所说的狭缝４位于聚光镜２和准直物镜８的共焦面上；２〉 在分束器５并垂直于光路的一侧有振动狭缝６和光电倍增管７；３〉沿光路在玻璃Ｖ形凹块９的另一端有一准直反射镜１３；４〉在玻璃Ｖ形凹块后面（或前面）装有莫尔光栅盘１０，该光栅盘的主轴２０的轴线通过玻璃Ｖ形凹块９的形空间，与光路正交；５〉还 有计算机１６，由所说的光电倍增管７接收的光电瞄准信号经信号处理系统１８输入计算机２１，经过判断，计算机输出控制信号，经控制电路１５，控制变速驱动系统１４运动，当仪器处于瞄准状态时，计算机从莫尔光栅盘１０的角度编码器１９读取折射角度值，并进行数据处理，由打印机１７输出结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李锡善，孙保定，孙晶矾，蒋安民，夏青生，王德林，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]