一種在線測量高溫熔體和液體折射率的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物理測量技術(shù)、材料、化工等領(lǐng)域，特別涉及一種在線測量高溫熔體和 液體折射率的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 折射率是物質(zhì)的重要物理參數(shù)，它反映了物質(zhì)內(nèi)部的許多信息，在生產(chǎn)和科研領(lǐng) 域，往往需要測定折射率。
[0003] 目前，可用于測量折射率的儀器有阿貝折射儀、V棱鏡折射儀、分光計、各種干涉儀 (如邁克爾遜干涉儀、法布里-珀羅干涉儀、馬赫-曾德干涉儀以及牛頓環(huán)等）和橢圓偏振 光折射儀（簡稱"橢偏儀"）等。但是這些儀器因為各種各樣的原因，并不適合對高溫熔體 的折射率進行快速簡便地在線測量。它們有的測量范圍受限制，如阿貝折射儀和V棱鏡折 射儀對液體的測量范圍為1. 3~1. 7 ;有的對被測樣品加工要求高，如V棱鏡折射儀和分光 計所測固體材料要制成要求較高的棱鏡，各種干涉儀對樣品尺寸要求也較為苛刻；有的儀 器裝置復(fù)雜，調(diào)節(jié)和計算工作量大，如橢偏儀根據(jù)消光現(xiàn)象設(shè)計，可以測薄膜的厚度和復(fù) 折射率，經(jīng)過改造后也可以測熔體折射率，但數(shù)據(jù)處理過程需要通過計算機編程來實現(xiàn)，運 算復(fù)雜。另外，以上方法都是通過光的透射進行測量，對于不透明物質(zhì)的折射率測量問題束 手無策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種在線測量高溫熔體和 液體折射率的裝置與方法，可精確簡便地快速在線測量出熔體（可至1500°c高溫）和液體 的折射率。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種在線測量高溫熔體和液體折射率的裝置，包括四個頂點依次為ABCD的菱形 框架1，菱形框架1的頂點A通過滑動裝置設(shè)置于帶有長度刻度值的Y向立柱2上，菱形框 架1的頂點C固定于與Y向立柱2垂直的X向水平軸上，且頂點C位于頂點A的正下方，在 頂點C下方設(shè)置有用于盛放待測量熔體的坩堝3,坩堝3的頂蓋上沿中心開有一條縫隙，菱 形框架1的BC邊上設(shè)置有激光光源4,菱形框架1的⑶邊上設(shè)置有檢偏器5和光電探測器 6,其中檢偏器5與頂點C之間的距離比光電探測器6與頂點C之間的距離小。
[0007] 所述菱形框架1的邊長為210mm，菱形框架1的頂點A的有效行程為500mm，所述Y 向立柱2上長度刻度值的精度為0. 01mm，所述激光光源4發(fā)射波長范圍為620nm~700nm 的紅光，所述i甘堝3的深度為30mm，內(nèi)徑30mm。
[0008] 本發(fā)明還提供了利用所述裝置在線測量高溫熔體和液體折射率的方法，包括如下 步驟：
[0009] 步驟1，用阿貝折射儀測出常溫下水的折射率，并計算出自然光從空氣入射到水的 基準(zhǔn)布儒斯特角；
[0010] 步驟2,將同樣的水放于坩堝3內(nèi)，上下滑動所述滑動裝置使得菱形AB⑶的BC邊 與Y向立柱2的夾角為基準(zhǔn)布儒斯特角，記錄此時的頂點A的坐標(biāo)，令入射光沿BC邊從坩 堝3上的縫隙射入空氣與水的分界面；
[0011] 步驟3，以反射光為軸，旋轉(zhuǎn)檢偏器5的偏振片，觀察光電探測器6測得的反射光功 率，當(dāng)功率值最小時，固定檢偏器5的偏振片，不再旋轉(zhuǎn)，此時檢偏器5的偏振化方向平行于 入射面，只允許P偏振分量通過；
[0012] 步驟4,倒出坩堝3內(nèi)的水，放入待測高溫熔體或液體，當(dāng)放入高溫熔體時，加熱使 其熔化；
[0013] 步驟5,上下滑動所述滑動裝置使得入射角i為45°，記錄此時的頂點A的坐標(biāo)， 向下滑動所述滑動裝置使得入射角i從45°開始逐漸增大，同時觀察反射光功率值，當(dāng)功 率值< 0. 2 μ W時，頂點A的位置每改變0.0 lmm記錄一次功率值，直到功率值呈現(xiàn)先減小后 增大的趨勢；
[0014] 步驟6,從所記錄的反射光功率值中找出極小值以及對應(yīng)的頂點A的坐標(biāo)值，由幾 何關(guān)系計算出光從空氣入射到待測高溫熔體或液體的布儒斯特角i b，空氣的折射率Ii1= 1， 由公式tanz'* 得到待測高溫恪體或液體的折射率n2= tan i b。 ηι
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用非接觸式測量，不會污染儀器，且測量范圍寬，測量 過程及數(shù)據(jù)處理簡便快捷。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明所基于的布儒斯特定律原理圖，光線上的圓點代表光矢量垂直于入 射面振動的成分，小垂直線代表光矢量平行于入射面振動的成分。
[0017] 圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0019] 本發(fā)明所基于的原理為布儒斯特定律，布儒斯特定律如圖1所示，圖中符號?代表 光矢量垂直于入射面振動（S偏振分量）的成分，符號I代表光矢量平行于入射面振動（P 偏振分量）的成分。光在兩種介質(zhì)（設(shè)折射率分別為I^n2，如圖1)的分界面處發(fā)生反射 時，反射光R中一般包含s偏振分量和p偏振分量兩種成分，這兩種成分的比例隨入射角的 變化而變化。只有當(dāng)入射角為布儒斯特角i b時，反射光是線偏振光，只包含S偏振分量，而 P偏振分量強度為零，且反射光R與折射光T垂直，則有
[0020] tan//; =- ( 1) ?1
[0021] 若ijP η丨已知，可由（1)式計算出η 2·
[0022] 化和η 2分別是分界面上下兩種介質(zhì)的折射率，熔體或液體上方為空氣時，n i便是 空氣的折射率，其值為ηι= 1，而η 2是待測熔體或液體的折射率，實驗測出布儒斯特角i b 后，用布儒斯特定律可求出n2。
[0023] 根據(jù)上述布儒斯特定律所給出的反射光的偏振特性，本發(fā)明設(shè)計了一種在線測量 高溫熔體和液體折射率的裝置。如圖2所示，裝置包括四個頂點依次為ABCD的邊長為210_ 的菱形框架1，各個頂點處均以轉(zhuǎn)動軸相接，從而使各邊可轉(zhuǎn)。菱形框架1的頂點A通過滑 動裝置設(shè)置于帶有精度為〇. Olmm的長度刻度值的Y向立柱2上，頂點A可通過滑軌沿Y向 立柱2上下移動，有效行程為500mm，位置坐標(biāo)可直接讀出。菱形框架1的頂點C固定于與 Y向立柱2垂直的X向水平軸上，且頂點C位于頂點A的正下方，當(dāng)頂點A上下移動時，菱形 ABCD的BC邊和CD邊繞Z向水平軸做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。
[0024] 在頂點C下方通過升降裝置設(shè)置有用于盛放待測量熔體的坩堝3,其軸線平行于Y 向立柱2,可以進行升降調(diào)節(jié)其高度，以保證熔體與空氣的分界面始終與頂點C處于同一水 平面。坩堝3的頂蓋上沿中心開有一條