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DE3302089A1 - Faseroptische fluessigkeitsbrechzahl-messvorrichtung (refraktometer) - Google Patents

Faseroptische fluessigkeitsbrechzahl-messvorrichtung (refraktometer)

Info

Publication number
DE3302089A1
DE3302089A1 DE19833302089 DE3302089A DE3302089A1 DE 3302089 A1 DE3302089 A1 DE 3302089A1 DE 19833302089 DE19833302089 DE 19833302089 DE 3302089 A DE3302089 A DE 3302089A DE 3302089 A1 DE3302089 A1 DE 3302089A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring device
refractive index
optical waveguide
light source
fibre
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19833302089
Other languages
English (en)
Other versions
DE3302089C2 (de
Inventor
Thomas Kersten Prof.Dipl.-Phys.Dr. 7803 Gundelfingen-Wildtal Ralf
Seshadri Dipl.-Phys.Dr. 7800 Freiburg Ramakrishnan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE19833302089 priority Critical patent/DE3302089C2/de
Publication of DE3302089A1 publication Critical patent/DE3302089A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3302089C2 publication Critical patent/DE3302089C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
    • G01N21/431—Dip refractometers, e.g. using optical fibres

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Faseroptische FlüssigkeitsbrechzahE-
  • Meßvorrichtung (Refraktometer) Die Erfindung betrifft eine faseroptische Brechzahl-Meßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle (Dauerbetrieb oder moduliert) zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter über einen Faserkoppler mit einem dritten mit seinem Ende in die zu messende Flüssigkeit eintauchenden Lichtwellenleiter verbunden sind.
  • Bei der faseroptischen Brechzahl-Meßvorrichtung handelt es sich um einen Reflexionssensor mit einem in eine Flüssigkeit (1) eintauchbaren Lichtwellenleiter (13), der an seinem vorderen tEnde (3) schräg oder konisch angeschliffen und poliert ist. Der Winkel zwischen der Längsachse des Lichtwellenleiters (13) und der Endfläche (3) ist kleiner oder gleich dem Winkel der Totalreflexion für die betreffende Faser (13) in Luft.
  • Wie man in Fig. 1 erkennt, wird in den Lichtwellenleiter (11) am ,oberen Ende das Licht einer geeigneten Quelle (z. B. Laserdiode im Puls- oder Dauerbetrieb) eingekoppelt. Uber den Faserkoppler (10) gelangt das Licht zur Endfläche (3) des Lichtwellenleiters (13). Der Anteil des an dieser Endfläche reflektierten Lichtes hängt vom umgebenden Medium (1) ab. Durch geeignete Formgebung der Endfläche wird erreicht, daß in Luft als umgebendes Medium Total reflexion auftritt und die Lichtleistung zum Detektor (9) gelangt.
  • Das eingespeiste Licht regt eine Vielzahl (einige Tausend) von Moden in den Lichtwellenleitern (11, 12) und (13) an. Die verschiedenen den Moden zuzuordnenden Strahlen bilden verschiedene Winkel mit der Endfläche (3). Wenn diese Endfläche (3) in eine Flüssigkeit (1) eintaucht, tritt dort Licht aus, weil die Voraussetzungen für die Totalreflexion für einige Moden fehlen, so daß die Intensität des mit Hilfe der Fotodiode (9) erfaßten Lichtes absinkt. Die Intensität des reflektierten Lichtes hängt von der Brechzahl der Flüssigkeit ab. In Fig. 2 ist die am Detektor (9) gemessene Lichtintensität gegen die entsprechende Brechzahl der Flüssigkeit dargestellt. Es zeigt sich ein lineares Verhalten.
  • Setzt man die oben erwähnten Halbleiterlichtemitter als Sendequelle ein, so wird die Brechzahl für das nahe Infrarot Spektrum bestimmt. In der Optik ist man jedoch an der Brechzahl im Sichtbaren bei bestimmten Wellenlängen interessiert. In diesem Fall kann eine Weißlichtquelle als Sender eingesetzt werden; die Wellenselektion erfolgt am Detektor durch geeignete optische Filter.
  • Da es sich um eine analoge Auswertung des Signals handelt, muß die Quelle stabil arbeiten. Hierzu kann ein geeigneter Regelkreis vorgesehen werden. Um die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung zu erhöhen, kann die elektronische Auswertung vorzugsweise nach dem Lock-ln-Verfahren erfolgen.
  • - Leerseite -

Claims (6)

  1. Faseroptische Flüssigkeitsbrechzahl-:Meßvorrichtung (Refraktometer) PATENTANSPRUCHE t Faseroptische Fliissigkeitsbrechzahl-Meßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle (6) zugeordneten Lichtwellenleiter (11) und einem zweiten einem Lichtdetektor (9) zugeordneten Lichtwellenleiter (12), wobei der erste und zweite Lichtwellenleiter über einen Faserkoppler (10) mit einem dritten mit seinem Ende in den Behälter der zu messenden Flüssigkeit eintauchenden Lichtwellenleiter (13) verbunden sind.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) ein Halbleiterlaser oder eine Lumineszenzdiode ist, die im Dauerbetrieb, im Pulsbetrieb oder mit einer beliebigen Modulation arbeitet.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (3) konisch angeschliffen und poliert ist.
  4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (3) des Lichtwellenleiters (13) keilförmig angeschliffen und poliert ist.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Längsachse des Lichtwellenleiters (13) und der angeschliffenen Endfläche (3) kleiner oder gleich dem Winkel der Totalreflexion für den betreffenden Lichtwellenleiter (13) in Luft ist.
  6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) eine polychromatische Lichtquelle (z. B. Glühbirne) eingesetzt wird und vor den Detektor (3) ein Filterrad zur Selektion bestimmter Wellenlängen angebracht ist.
DE19833302089 1983-01-22 1983-01-22 Vorrichtung zur Messung der optischen Brechzahl von Flüssigkeiten Expired DE3302089C2 (de)

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