CN102692392A - 一种用于气体、液体折射率测量的装置 - Google Patents

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曹庄琪
陈开盛
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Abstract

一种用于气体、液体大折射率范围测量的装置。激光器发射的平行光经汇聚透镜后变成汇聚光斑，折射率测量传感器以一定入射角放置在会聚光斑的焦点处，自折射率测量传感器反射光斑由接受透镜投影到CCD成像元件。待测样品通过进样通道进入样品池，而废弃样品通过出样通道排出。本发明具有以下优点：用金属膜作为波导包覆层，作为导波层的样品折射率范围广，既可以是气体，也可以是液体，对高折射率的样品不受限制。此外由于采用非移动方式获得信号，能实时得知样品的折射率，同时受外界振动的影响也比较小。

Description

一种用于气体、液体折射率测量的装置
技术领域
本发明涉及的是一种折射率测量***，特别是一种实时折射率测量***。用于精密分析与测量仪器领域。
背景技术
折射率是透明材料的基本光学性质之一。在生产实践中，通过测定介质内折射率的空间分布和随时间的变化，进而定性分析乃至定量确定其他的各种相关物理量，因此对折射率的精确测量具有重要的实际意义。目前，折射率的测量方法很多，常用的有：(1)阿贝折射计全反射临界角法，该方法主要利用光从光密介质到光疏介质时产生的衰减全反射现象，利用望远成像***来定量测试样品的折射率，该方法的原理与实现方式使得样品的折射率不能大于1.7，计算公式相对复杂，引起误差的因素较多，因此对高折射率(n＞1.7)的样品测量无能为力；(2)使用分光计的最小偏向角法，该方法虽然测量精度很高，但对待测样品的要求也高，除了需将样品加工成棱镜外，还对样品棱镜的加工精度提出了较高的要求，通常局限于固体透明物体的测量；(3)迈克耳逊干涉仪等倾干涉法，此法用于折射率的洲量，仅限于薄透明体，且在测量过程中，由于待测样品和测量光路需反复调整，因而光路调整复杂，测量过程时间长，不利于实时测量，同时周围环境振动会对折射率测量带来很大误差。
经检索发现，中国专利公开号：1595121A，名称为：基于自由空间耦合的光波导生化传感器及测量***，该发明专利中提出了无棱镜耦合的生化传感器及测试***。该生化传感器自上至下是由上层金属膜、上层光学玻璃、下层光学玻璃、下层金属膜构成，待测样品放置在导波层中，光波导生化传感器固定在光学旋转平台上，准直后的激光入射光波导生化传感器。该发明的特点是：在光学平台旋转过程中，光学信号被光电接触部分探测并处理，从而得到样品的折射率信息，待测样品处在能量密度高的波导层中，从而具有很高的测量分辨率。但是，该传感***必须在运动扫描后才能得到样品的信息，因此不便于快速、实时样品分析，此外对外界振动信号比较敏感。
发明内容
本发明针对以上技术中存在的缺陷，提出一种实时的大量程折射率测量***，汇聚光束直接入射传感器上，反射光通过透镜被CCD接收。该方案能测量气体及液体的折射率，灵敏度高，测量时间短，实用性强。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明折射率测量装置包括：折射率测量传感器以及光电发射与信号探测模块。所有元件的相对位置都固定不动。
折射率测量传感器包括：上层金属膜、上层玻璃片、样品池、下层玻璃片、下层金属膜、进样通道、出样通道。上层金属膜沉积在上层光学玻璃片上，下层金属膜沉积在下层光学玻璃片上。上层光学玻璃片的金属膜面向上，上层光学玻璃片的金属膜面向下。上层光学玻璃片、样品池、下层光学玻璃片依次组装。上层光学玻璃片、下层光学玻璃片分别被上层金属膜、下层金属膜夹住，是上层金属膜、上层光学玻璃片、样品池和下层光学玻璃、下层金属膜构成一光学波导，其中上层光学玻璃片、样品池、和下层光学玻璃片构成光波导的导波层。下层光学玻璃上开有两个通口，分别是折射率测量传感器的进样通道和出样通道，待测样品通过进样通道进入样品池，而废弃样品通过出样通道排出。
光电发射与信号探测模块包括：激光器、汇聚透镜、接受透镜和CCD成像元件。激光器发射的平行光经汇聚透镜后变成汇聚光斑，折射率测量传感器以一定入射角放置在会聚光斑的焦点处，自折射率测量传感器反射光斑被接受透镜投影到CCD成像元件。
本发明具有以下优点：用金属膜作为波导包覆层，作为导波层的样品折射率范围广，既可以是气体，也可以是液体，对高折射率的样品不受限制。此外由于采用非移动方式获得信号，能实时得知样品的折射率，同时受外界扑面而振动的影响也比较小。
附图说明
图1本发明折射率测量***示意图
具体实施方式
如图所示，本发明是一种用于气体、液体折射率测量的装置，包括两个模块：折射率测量传感器1和光电发射与信号探测模块2。折射率测量传感器包括：上层金属膜3、上层玻璃片4、样品池5、下层光学玻璃片6、下层金属膜7、进样通道8、出样通道9。上层金属膜3沉积在上层光学玻璃片4上，下层金属膜7沉积在下层光学玻璃片6上。上层光学玻璃片4的金属膜面向上，下层光学玻璃片6的金属膜面向下。上层光学玻璃片4、样品池5、下层光学玻璃片6依次组装。上层光学玻璃片4、下层光学玻璃片6分别被上层金属膜3、下层金属膜7夹住，使上层金属膜3、上层光学玻璃片4、样品池5和下层光学玻璃片6、下层金属膜7构成一光学波导，其中上层光学玻璃片4、样品池5、和下层光学玻璃片6构成光波导的导波层。下层光学玻璃片6上开有两个通口，分别是折射率测量传感器的进样通道8和出样通道9，待测样品通过进样通道8进入样品池5，而废弃样品通过出样通道9排出。光电发射与信号探测模块2包括：激光器10、汇聚透镜11、接受透镜12和CCD成像元件13。激光器10发射的平行光经汇聚透镜后变成汇聚光斑，折射率测量传感器1以一定入射角放置在汇聚光斑的焦点处，自折射率测量传感器1反射光斑被接受透镜12投影到CCD成像元件13。

Claims (5)

1.一种实时的大量程折射率测量***本发明折射率测量装置包括：折射率测量传感器1光电发射与信号探测模块2。
2.根据权利1要求的实时的大量程折射率测量***中的折射率测量传感器1，包括：上层金属膜3、上层玻璃片4、样品池5、下层光学玻璃片6、下层金属膜7、进样通道8、出样通道9。
3.根据权利2要求的实时的大量程折射率测量***中的折射率测量传感器1具有如下特征：上层金属膜3沉积在上层光学玻璃片4上，下层金属膜7沉积在下层光学玻璃片6上。上层光学玻璃片4的金属膜面向上，上层光学玻璃片4的金属膜面向下。上层光学玻璃片3、样品池、下层光学玻璃片7依次组装。上层光学玻璃片4、下层光学玻璃7片分别被上层金属膜3、下层金属膜6夹住，使上层金属膜3、上层光学玻璃片4、样品池5和下层光学玻璃片6、下层金属膜7构成一光学波导，其中上层光学玻璃片4、样品池5、和下层光学玻璃片6构成光波导的导波层。下层光学玻璃片6上开有两个通口，分别是折射率测量传感器1的进样通道8和出样通道9，待测样品通过进样通道8进入样品池5，而废弃样品通过出样通道9排出。
4.根据权利1要求的实时的大量程折射率测量***中的光电发射与信号探测模块2，包括：激光器10、汇聚透镜11、接受透镜12和CCD成像元件13。
5.根据权利1要求的实时的大量程折射率测量***中的光电发射与信号探测模块2具有如下特征：激光器10发射的平行光经汇聚透镜11后变成汇聚光斑，折射率测量传感器1以一定入射角放置在会聚光斑的焦点处，自折射率测量传感器1反射光斑被接受透镜12投影到CCD成像元件13。 
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