CN108344712A - 一种材料折射率的测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种材料折射率的测量装置。一种材料折射率的测量装置，其中，包括底座和PC控制端，底座内设电机，电机的电机轴伸出到底座的顶部，电机的电机轴上设有载物台，底座的顶部在载物台相对的两侧分别设有激光器组件和线阵CCD平台，线阵CCD平台设有线阵CCD，电机和线阵CCD均与PC控制端电连接，激光器组件、载物台和线阵CCD的位置关系满足激光器组件射出的激光束照射在载物台上的待测材料上，穿过待测材料的透射光线能够被线阵CCD接收。本发明还提供上述装置的测量方法。本发明把待测材料加工成平行平板，对一定入射角入射的光束经平行平板多次出射后，测量相邻透射光束之间的距离计算得到折射率，具有方法简单实用、误差小、精度高以及快捷的特点。
Description
技术领域
本发明涉及折射率测量技术领域，更具体的，涉及一种材料折射率的测量装置及其测量方法。
背景技术
折射率是描述光学材料性质的重要参数之一，是几何光学中最重要的一个概念，非气态物质的折射率测量都是以折射定律为基础的测角法。准确获得光学材料的折射率对光学材料的应用和光学设计等方面都非常重要，为了准确获取材料的折射率，则需要对其进行准确测量。由于棱镜在光学和光学相关的领域使用广泛，加工工艺较成熟，所以高精度的折射率测量大都采用精密测角仪，把材料加工成棱镜形状，以折射定律为基础，然后根据所测折射角计算出折射率。但是棱镜的加工相对较复杂，如果加工欠佳则可能会影响测量的准确性。
而目前常采用的最小偏向角法，由于测量过程中需要人眼通过望远镜主观判断最小偏向角的位置，造成较大的主观误差，影响测量结果，不利于材料折射率的实际测量。
发明内容
为克服上述现有技术中的至少一种缺陷，本发明提供一种材料折射率的测量装置及其测量方法。本发明是基于把待测材料加工成一定厚度的平行平板，对一定入射角入射的光束经平行平板多次出射后，测量相邻透射光束之间的距离计算得到的，具有测量方法简单实用、误差小、精度高以及快捷的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种材料折射率的测量装置，其中，包括底座和PC控制端，所述底座内部设有电机，所述电机的电机轴伸出到所述底座的顶部，所述电机的电机轴上设有载物台，所述底座的顶部在所述载物台相对的两侧分别设有激光器组件和线阵CCD平台，所述线阵CCD平台设有线阵CCD，所述电机和线阵CCD均与所述PC控制端电连接，所述激光器组件、载物台和线阵CCD的位置关系满足激光器组件射出的激光束照射在载物台上的待测材料上，穿过待测材料的透射光线能够被线阵CCD接收。
进一步的，所述激光器组件包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器和第二激光器处于同一水平面。
进一步的，所述第一激光器和第二激光器通过激光器调整支架固定于所述底座顶部，所述激光器调整支架能够调整第一激光器和第二激光器的激光束的射出方向。
进一步的，所述载物台和线阵CCD平台上均设有水平调节螺钉。优选的，所述载物台/线阵CCD平台上的水平调节螺钉的数量为三个，所述水平调节螺钉在所述载物台/线阵CCD平台的底面上呈正三角形分布。
本发明还提供一种材料折射率的测量方法，其中，包括如下步骤：
S1. 首先将待测材料加工成平行平板材料，这样材料的加工就变得比较简单，然后借助水平仪将第一激光器、第二激光器和线阵CCD调水平；
S2. 调整第一激光器的激光器调整支架，使得第一激光器射出的入射到线阵CCD接收窗口的激光束反射回到第一激光器的激光发射孔，即保证第一激光器射出的激光束垂直入射到线阵CCD的接收窗口；
S3. 调整载物台为水平状态，将步骤S1中加工好的待测平行平板材料置于载物台上，载物台能够°旋转，然后旋转载物台，直到第一激光器射出的激光束经待测平行平板材料表面反射后回到第一激光器的出射孔，即保证第一激光器的激光束垂直入射到待测平行平板材料的表面；
S4. 保持第一激光器为打开状态，调整第二激光器的激光器调整支架，使第一激光器和第二激光器射出的激光束入射到平行平板材料表面的同一个位置，第一激光器和第二激光器射出的激光束之间的夹角为θ；
S5. 旋转载物台，带动待测平行平板材料一起旋转，直到第二激光器射出的激光束入射到待测平行平板材料表面的光束反射回到它的发射孔，保证旋转待测平行平板材料后，第二激光器的激光束垂直入射到材料表面，则待测平行平板材料转过的角度就是步骤S4中的θ，θ即为第一激光器的激光束在待测平行平板材料表面的入射角；
S6. 步骤S5完成后，第一激光器射出的激光束从一侧进入待测平行平板材料后出现多次来回反射，并且会在待测平行平板材料的另一侧出现平行于第一激光器发射光束的多束透射光束，相邻两束透射光束之间的距离依次记为x1，x2，x3，… …，透射光束将垂直入射到线阵CCD的接收窗口；
S7. x1，x2，x3，… …的数值由线阵CCD记录，并由与线阵CCD连接的PC控制端计算得到，同时计算x1~x10的算数平均值X，以减小相邻两束透射光束之间的距离测量误差，最终提高材料折射率的测量精度；
S8. 根据光的折射原理可知：
tgr=X/(hcosθ)
式中，r为步骤S中第一激光器射出的激光束入射到待测平行平板材料内的折射角，h为步骤S中待测平行平板材料在第二激光器激光束的射出方向上的宽度；
则待测材料的折射率n即可由入射角θ和折射角r根据折射定律计算得到：
n=sinθ/ sinr
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种材料折射率的测量装置及方法，以折射定律为切入点，并把待测材料加工平行平板形状，这样材料的加工变得比较简单，折射角的测量转变为激光束在平行平板内多次来回反射后的多光束透射光束之间的距离的测量，并且采用高精度线阵CCD自动地多次非重复记录相邻透射光束之间的距离，然后取平均值作为相邻透射光束之间的距离，从而降低测量误差，提高折射率的测量精度，最终实现材料折射率的精确测量。
附图说明
图1是本发明中材料折射率的测量装置的整体结构示意图。
图2是本发明中载物台/线阵CCD平台的仰视图。
图3是本发明中材料折射率的测量方法的原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1所示，一种材料折射率的测量装置，其中，包括底座1和PC控制端10，所述底座1内部设有电机2，所述电机2的电机轴伸出到所述底座1的顶部，所述电机2的电机轴上设有载物台3，所述底座1的顶部在所述载物台3相对的两侧分别设有激光器组件和线阵CCD5平台4，所述线阵CCD5平台4设有线阵CCD5，所述电机2和线阵CCD5均与所述PC控制端10电连接，所述激光器组件、载物台3和线阵CCD5的位置关系满足激光器组件射出的激光束照射在载物台3上的待测材料11上，穿过待测材料11的透射光线能够被线阵CCD5接收。
如图1所示，所述激光器组件包括第一激光器6和第二激光器7，所述第一激光器6和第二激光器7处于同一水平面。
如图1所示，所述第一激光器6和第二激光器7通过激光器调整支架8固定于所述底座1顶部，所述激光器调整支架8能够调整第一激光器6和第二激光器7的激光束的射出方向。
如图1所示，所述载物台3和线阵CCD5平台4上均设有水平调节螺钉9。优选的，所述载物台3/线阵CCD5平台4上的水平调节螺钉9的数量为三个，所述水平调节螺钉9在所述载物台3/线阵CCD5平台4的底面上呈正三角形分布。
实施例2
一种材料折射率的测量方法，其中，包括如下步骤：
S1. 首先将待测材料11加工成平行平板材料，这样材料的加工就变得比较简单，然后借助水平仪将第一激光器6、第二激光器7和线阵CCD5调水平；
S2. 调整第一激光器6的激光器调整支架8，使得第一激光器6射出的入射到线阵CCD5接收窗口的激光束反射回到第一激光器6的激光发射孔，即保证第一激光器6射出的激光束垂直入射到线阵CCD5的接收窗口；
S3. 调整载物台3为水平状态，将步骤S1中加工好的待测平行平板材料置于载物台3上，载物台3能够°旋转，然后旋转载物台3，直到第一激光器6射出的激光束经待测平行平板材料表面反射后回到第一激光器6的出射孔，即待测平行平板材料处于图3中的虚线位置，也即保证第一激光器6的激光束垂直入射到待测平行平板材料的表面；
S4. 保持第一激光器6为打开状态，调整第二激光器7的激光器调整支架8，使第一激光器6和第二激光器7射出的激光束入射到平行平板材料表面的同一个位置，第一激光器6和第二激光器7射出的激光束之间的夹角为θ；
S5. 旋转载物台3，带动待测平行平板材料一起旋转，直到第二激光器7射出的激光束入射到待测平行平板材料表面的光束反射回到它的发射孔，即待测平行平板材料处于图3中的实线位置，保证旋转待测平行平板材料后，第二激光器7的激光束垂直入射到材料表面，则待测平行平板材料转过的角度就是步骤S4中的θ，θ即为第一激光器6的激光束在待测平行平板材料表面的入射角；
S6. 步骤S5完成后，第一激光器6射出的激光束从一侧进入待测平行平板材料后出现多次来回反射，并且会在待测平行平板材料的另一侧出现平行于第一激光器6发射光束的多束透射光束，相邻两束透射光束之间的距离依次记为x1，x2，x3，… …，透射光束将垂直入射到线阵CCD5的接收窗口；
S7. x1，x2，x3，… …的数值由线阵CCD5记录，并由与线阵CCD5连接的PC控制端10计算得到，同时计算x1~x10的算数平均值X，以减小相邻两束透射光束之间的距离测量误差，最终提高材料折射率的测量精度；
S8. 根据光的折射原理可知：
tgr=X/(hcosθ)
式中，r为步骤S中第一激光器6射出的激光束入射到待测平行平板材料内的折射角，h为步骤S中待测平行平板材料在第二激光器7激光束的射出方向上的宽度；
则待测材料11的折射率n即可由入射角θ和折射角r根据折射定律计算得到：
n=sinθ/ sinr
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种材料折射率的测量装置，其特征在于，包括底座（1）和PC控制端（10），所述底座（1）内部设有电机（2），所述电机（2）的电机轴伸出到所述底座（1）的顶部，所述电机（2）的电机轴上设有载物台（3），所述底座（1）的顶部在所述载物台（3）相对的两侧分别设有激光器组件和线阵CCD平台（4），所述线阵CCD平台（4）设有线阵CCD（5），所述电机（2）和线阵CCD（5）均与所述PC控制端（10）电连接，所述激光器组件、载物台（3）和线阵CCD（5）的位置关系满足激光器组件射出的激光束照射在载物台（3）上的待测材料（11）上，穿过待测材料（11）的透射光线能够被线阵CCD（5）接收。
2.根据权利要求1所述的一种材料折射率的测量装置，其特征在于，所述激光器组件包括第一激光器（6）和第二激光器（7），所述第一激光器（6）和第二激光器（7）处于同一水平面。
3.根据权利要求2所述的一种材料折射率的测量装置，其特征在于，所述第一激光器（6）和第二激光器（7）通过激光器调整支架（8）固定于所述底座（1）顶部，所述激光器调整支架（8）能够调整第一激光器（6）和第二激光器（7）的激光束的射出方向。
4.根据权利要求1所述的一种材料折射率的测量装置，其特征在于，所述载物台（3）和线阵CCD平台（4）上均设有水平调节螺钉（9）。
5.根据权利要求4所述的一种材料折射率的测量装置，其特征在于，所述载物台（3）/线阵CCD平台（4）上的水平调节螺钉（9）的数量为三个，所述水平调节螺钉（9）在所述载物台（3）/线阵CCD平台（4）的底面上呈正三角形分布。
6.一种材料折射率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 首先将待测材料（11）加工成平行平板材料，然后借助水平仪将第一激光器（6）、第二激光器（7）和线阵CCD（5）调水平；
S2. 调整第一激光器（6）的激光器调整支架（8），使得第一激光器（6）射出的入射到线阵CCD（5）接收窗口的激光束反射回到第一激光器（6）的激光发射孔，即保证第一激光器（6）射出的激光束垂直入射到线阵CCD（5）的接收窗口；
S3. 调整载物台（3）为水平状态，将步骤S1中加工好的待测平行平板材料置于载物台（3）上，载物台（3）能够360°旋转，然后旋转载物台（3），直到第一激光器（6）射出的激光束经待测平行平板材料表面反射后回到第一激光器（6）的出射孔，即保证第一激光器（6）的激光束垂直入射到待测平行平板材料的表面；
S4. 保持第一激光器（6）为打开状态，调整第二激光器（7）的激光器调整支架（8），使第一激光器（6）和第二激光器（7）射出的激光束入射到平行平板材料表面的同一个位置，第一激光器（6）和第二激光器（7）射出的激光束之间的夹角为θ；
S5. 旋转载物台（3），带动待测平行平板材料一起旋转，直到第二激光器（7）射出的激光束入射到待测平行平板材料表面的光束反射回到它的发射孔，保证旋转待测平行平板材料后，第二激光器（7）的激光束垂直入射到材料表面，则待测平行平板材料转过的角度就是步骤S4中的θ，θ即为第一激光器（6）的激光束在待测平行平板材料表面的入射角；
S6. 步骤S5完成后，第一激光器（6）射出的激光束从一侧进入待测平行平板材料后出现多次来回反射，并且会在待测平行平板材料的另一侧出现平行于第一激光器（6）发射光束的多束透射光束，相邻两束透射光束之间的距离依次记为x1，x2，x3，… …，透射光束将垂直入射到线阵CCD（5）的接收窗口；
S7. x1，x2，x3，… …的数值由线阵CCD（5）记录，并由与线阵CCD（5）连接的PC控制端计算得到，同时计算x1~x10的算数平均值X，以减小相邻两束透射光束之间的距离测量误差，最终提高材料折射率的测量精度；
S8. 根据光的折射原理可知：
tgr=X/(2hcosθ)
式中，r为步骤S6中第一激光器（6）射出的激光束入射到待测平行平板材料内的折射角，h为步骤S6中待测平行平板材料在第二激光器（7）激光束的射出方向上的宽度；则待测材料（11）的折射率n即可由入射角θ和折射角r根据折射定律计算得到：
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180731 |
|
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