Строительные исследования

назад Оглавление вперед

страница - 0

Устранение влияния аберраций оптической системы автоматического рефрактометра на точность

измерений.

Дерезовский Д.В. (derez@hotmail.com), Алехнович В.И

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

1. Введение.

Автоматический рефрактометр - один из основных приборов, применяемых для исследовательских работ в области химических приложений рефрактометрии [1;2].

Прибор позволяет определить показатель преломления с точностью порядка 0.0001-

0.00001, т.е. до 0.01 % и даже до 0.001 % от измеряемой величины. В основе методов отражательной рефрактометрии лежат измерения интенсивности световых потоков, отраженных поверхностью объекта.

Измерения концентрации раствора на автоматическом рефрактометре [3] сводятся к определению сдвига кривой углового распределения коэффициента отражения контролируемого раствора относительно эталонного (рис.2).

Эталон раствор

[ЫИ

Контролируемый раствор

Фо

Фк

Рис.2 Схема определения критического угла фк контролируемого раствора.

С учетом коррекции формы кривой эталонного раствора, корреляционная методика определения критического угла фк контролируемого раствора дает необходимую точность до 0.1 пиксела (элемента) фотоприемного устройства [4]. Однако в реальных условиях корреляция идет на искаженных сигналах как эталона так и контролируемого раствора.

Искажения происходят из-за аберраций оптической системы, неточной настройки прибора, конечной разрешающей способности ФПУ. В результате, в реальных условиях распределения освещенности ФПУ от эталона и контролируемого раствора искажаются. Искажения из-за конечной разрешающей способности ФПУ постоянны, а аберрации оптической системы изменяются на различных участках ФПУ (рис. 3) и могут усиливаться неточной настройкой. Если бы эти искажения не изменялись, то корреляционная методика давала бы погрешность меньшую, чем требуемая точность, что подтверждается численными экспериментами (таблица 1 ).

Таблица 1. Зависимость смещения минимума корреляционной функции от коэффициента преломления для идеальных и равномерно искаженных сигналов.

n.	1.3357	1.3411	1.3465	1.3519	1.3576
Афид	19.38	57.85	96.93	136.72	179.34
Афиск	19.38	57.85	96.94	136.73	179.36

Ф (x, s)

Рис.3 Аберрации оптической системы рефрактометра на различных участках ФПУ.

Однако аберрации оптической системы меняются, что влияет на форму корреляционной функции и, следовательно, на местоположение минимума. Вид аберраций ОС изображен на рис. 3, причем эти аберрации известны и имеют вид:

(x-s)2

где a(x) - функция концентрации энергии, которая в зависимости от х аппроксимируется следующей функцией:

a(x) = x1/c; где c отличается для различных световых пучков.

Под действием этих аберраций распределения освещенности изменяются (рис. 4).

S(x) = j 0(x,s) -p(s)ds

(2)

Рис.4 Распределение освещенности в плоскости ФПУ под воздействием аберраций

оптической системы.

Таким образом, аберрации оптической системы не являются постоянными, что вносит погрешность в измерения сдвига минимума корреляционной функции. Это подтверждается численными экспериментами (таблица 2).

Таблица 2. Зависимость смещения минимума корреляционной функции от коэффициента преломления для идеальных и неравномерно искаженных сигналов.

n.	1.3357	1.3411	1.3465	1.3519	1.3576
Афид	19.38	57.85	96.93	136.72	179.34
Афиск	19.39	57.89	97.02	136.82	179.46

Из таблицы видно, что при больших коэффициентах преломления, ошибка в определении сдвига кривой контролируемого раствора достаточно велика. Поэтому необходимо устранить влияние аберраций оптической системы, а именно восстановить исходное распределение отраженного света для эталонного и контролируемого растворов из получаемых с ФПУ по известным аберрациям, решив обратную задачу.

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3]