CN109632706A - 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法 - Google Patents

基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109632706A
CN109632706A CN201811561527.6A CN201811561527A CN109632706A CN 109632706 A CN109632706 A CN 109632706A CN 201811561527 A CN201811561527 A CN 201811561527A CN 109632706 A CN109632706 A CN 109632706A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gradual change
striped
refractive index
splitter
air splitter
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
CN201811561527.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109632706B (zh
Inventor
陈刚
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.)
Nanjing College of Information Technology
Original Assignee
Nanjing College of Information Technology
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 Nanjing College of Information Technology filed Critical Nanjing College of Information Technology
Priority to CN201811561527.6A priority Critical patent/CN109632706B/zh
Publication of CN109632706A publication Critical patent/CN109632706A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109632706B publication Critical patent/CN109632706B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，采用的装置包括单色光源和由两片玻璃组成的楔角的空气劈尖，所述的空气劈尖底面水平放置在工作台上，并且在所述的空气劈尖的上表面预置渐变间距条纹并标注相应的折射率数值；在空气劈尖内注入待测液体，用单色光源竖直入射空气劈尖，产生等厚干涉条纹，等厚干涉条纹与渐变间距条纹叠加产生莫尔条纹，根据唯一的直线莫尔条纹的位置，确定待测液体的折射率。解决了现有技术中测量过程复杂，需要计算过程，或者虽然能够直接读数，但测量范围受到测量仪器材料的限制的问题。

Description

基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法。
背景技术
折射率是光学领域的一个基本参数，折射率除了能反映材料的光学性能以外还能反映材料的介电常数、纯度、浓度以及色散等特性。有很多液体材料，比如一些溶液的折射率就是一个很重要的参数，准确的测量液体材料的折射率在很多情况下是非常重要的。
测量液体折射率的方法很多，按测量原理可以分为折射法，干涉法，全反射法，以及薄膜法，椭圆偏光法。液体折射率测量的各种方法中，以间接测量方法为主，即根据实验原理测量某一中间量，再通过理论计算得到液体的折射率，效率低，不直观。而根据全反射原理设计的阿贝折射计，可以直接读出待测液体折射率的数值。但由于材料的限制，当液体折射率大于棱镜折射率时，结果无法测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，解决现有技术中测量过程复杂，需要计算过程，或者虽然能够直接读数，但测量范围受到测量仪器材料的限制的问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，采用的装置包括单色光源和由两片玻璃组成的楔角的空气劈尖，所述的空气劈尖底面水平放置在工作台上，并且在所述的空气劈尖的上表面预置渐变间距条纹并标注相应的折射率数值；在空气劈尖内注入待测液体，用单色光源竖直入射空气劈尖，产生等厚干涉条纹，等厚干涉条纹与渐变间距条纹叠加产生莫尔条纹，根据唯一的直线莫尔条纹的位置，确定待测液体的折射率。
作为本发明的进一步改进，渐变间距条纹对应的折射率的计算方法是：边沿上的一根渐变间距条纹与空气劈尖的夹角顶点所在的一侧边平行，并且其长度为h(h＞0)，以长度为h的条纹所在的直线为x轴、以与x轴垂直并且位于空气劈尖上表面上的直线为y轴、以长度为h的条纹的端点为原点建立直角坐标系，所述的渐变间距条纹的一端位于y上并且相邻的两根渐变间距条纹的距离均为Lmin，相邻的两根渐变间距条纹或者其延长线与x＝h的直线的交点的距离均为Lmax，Lmax＞Lmin，待测液体的等厚干涉条纹间距L，由劈尖干涉原理可知：
其中n是待测液体的折射率，λ是单色光光源的波长，θ是空气劈尖的楔角；
取折射率分别为n1和n2，其中n1＞n2，则
在(1)、(2)和(3)可知在渐变间距条纹上距离原点距离为x(0≤x≤h)的任意位置，对应的等厚干涉条纹间距L(x)为：
由(1)可知：
在L＝L(x)时，将(4)代入(5)可得
取相对位置并代入(6)可得
由(7)计算得到相对位置x′处的折射率数值并标柱在渐变间距条纹上。
作为本发明的进一步改进，在劈尖上方倾斜设置有半透半反镜，在半透半反镜的一侧设置有单色光源，所述的单色光源发出的单色光通过半透半反镜反射后竖直向下射向劈尖。
综上所述，本发明的有益效果是：本发明所述液体折射率测量方法，基于传统的劈尖等厚干涉，原理简单，成本低，易于实现；本发明采用劈尖，劈尖容量小，只需少量样品，即能满足测量要求；本发明无需测量干涉条纹间距，无中间测量，本发明在测量时以及测量后均无计算过程。本发明直接根据莫尔条纹，读出测量结果，方便快捷；本发明因为预置条纹间距范围不受限制，所以液体折射率测量范围不受限制，克服了阿贝折射计的缺陷；本发明选择单色光源，使干涉条纹易于辨识，本发明中的折射率的测量范围可根据绘制预制渐变间距条纹的两种折射率确定。
附图说明
图1为本发明所述空气劈尖示意图。
图2为本发明所述空气劈尖上表面玻璃内侧内置条纹及对应折射率读数结构示意图。
图3为本发明所述液体折射率测量装置结构示意图。
图4为本发明所述空气劈尖上表面内置条纹与等厚干涉条纹叠加所得莫尔条纹示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，采用的装置包括单色光源、半透半反镜和由两片玻璃组成的楔角的空气劈尖，如图1所示，本发明中的空气劈尖本身系现有技术，所述的空气劈尖底面水平放置在工作台上，并且在所述的空气劈尖的上表面预置渐变间距条纹并标注相应的折射率数值，所述的半透半反镜置于劈尖上方并且倾斜设置，本发明优选的将半透半反镜固定在显微镜的镜筒上并且位于镜筒的下方，如图3所示，半透半反镜的顶部朝左倾斜，单色光源位于半透半反镜的左方，并且所述的半透半反镜发出的单色光水平射向半透半反镜，所述的半透半反镜反射单色光源发出的单色光，其中半透半反镜的倾斜角度以其能够将单色光源发出的单色光竖直向下反射为标准；本申请测量液体折射率的步骤是：将劈尖放置于显微镜的载物台上，在空气劈尖内注入待测液体，打开单色光源朝半透半反镜发出单色光，单色光经半透半反镜反射后竖直入射空气劈尖，产生等厚干涉条纹，等厚干涉条纹与渐变间距条纹叠加产生莫尔条纹，根据唯一的直线莫尔条纹的位置，确定待测液体的折射率。
本发明中渐变间距条纹对应的折射率的计算方法是：如图1所示，本申请中的空气劈尖由第一矩形板和第二矩形板拼接而成，所述的第一矩形板的四个顶点分别为A、B、C、D，第二矩形板的四个顶点分别为A′、B′、E、F，第一矩形板与第二矩形板拼接时，顶点A与顶点A′重合，顶点B与顶点B′重合，顶点C和顶点E的距离与顶点D和顶点F的距离相等，本发明中边沿上的一根渐变间距条纹与空气劈尖的AB边平行，并且其长度为h(h＞0)，以长度为h的条纹所在的直线为x轴、以与x轴垂直并且位于空气劈尖上表面上的直线为y轴、以长度为h的条纹的端点为原点建立直角坐标系，所述的渐变间距条纹的一端位于y轴上并且相邻的两根渐变间距条纹的距离均为Lmin，相邻的两根渐变间距条纹或者其延长线与x＝h的直线的交点的距离均为Lmax，Lmax＞Lmin，待测液体的等厚干涉条纹间距L，由劈尖干涉原理可知：
其中n是待测液体的折射率，λ是单色光光源的波长，θ是空气劈尖的楔角；
取折射率分别为n1和n2，其中n1＞n2，则
在(1)、(2)和(3)可知在渐变间距条纹上距离原点距离为x(0≤x≤h)的任意位置，对应的等厚干涉条纹间距L(x)为：
由(1)可知：
在L＝L(x)时，将(4)代入(5)可得
取相对位置并代入(6)可得
由(7)计算得到相对位置x′处的折射率数值并标柱在渐变间距条纹上，其中x′＝0时，n＝n1，x′＝1时，n＝n2，也即本发明可用于折射率介于n2与n1之间的液体的折射率检测。
本申请中的空气劈尖的楔角θ均匀，因此，在空气劈尖内注入待测液体后，产生的等厚干涉条纹均与空气劈尖的AB边平行。
本申请以折射率为1和折射率为2.5为例制作预置渐变间距条纹(本申请中以折射率为1和2.5为例制作预置渐变间距条纹，具体的对应何种介质对本申请的结果没有影响)，即本申请中的n1＝2.5；n2＝1，将其代入(7)可得
x′＝0，即x＝0时，对应的折射率为n1，x′＝1，即x＝h时，对应的折射率为n2，此时本申请可测量折射率介于1到2.5之间的液体的折射率，由此绘出如图2所示的渐变间距条纹，根据(8)以1/40的间隔计算出相对位置处的折射率，即以的间隔计算出对应位置处的折射率，并标记在如图2所示的位置处。
在劈尖内注入等测折射率的液体，并打开单色光源发出单色光，单色光经过半透半反镜反射后竖直向下射入劈尖，并产生等厚干涉条纹，该等厚干涉条纹与劈尖的AB边平行，该等厚干涉条纹与空气劈尖上表面预设的渐变间距条纹叠加产生莫尔条纹，通过显微镜观察劈尖表面上的叠加的莫尔条纹，寻找到预设的渐变间距条纹与待测液体产生的等厚干涉条纹的交点位于与y平行的直线上，并查看该直线对应的折射率即为待测液体的折射率，如图4所示，待测液体的折射率为1.923。
以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (3)

1.一种基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，其特征在于：采用的装置包括单色光源和由两片玻璃组成的楔角的空气劈尖，所述的空气劈尖底面水平放置在工作台上，并且在所述的空气劈尖的上表面预置渐变间距条纹并标注相应的折射率数值；在空气劈尖内注入待测液体，用单色光源竖直入射空气劈尖，产生等厚干涉条纹，等厚干涉条纹与渐变间距条纹叠加产生莫尔条纹，根据唯一的直线莫尔条纹的位置，确定待测液体的折射率。
2.根据权利要求1所述的基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，其特征在于：渐变间距条纹对应的折射率的计算方法是：边沿上的一根渐变间距条纹与空气劈尖的夹角顶点所在的一侧边平行，并且该条纹的长度为h(h＞0)，以长度为h的条纹所在的直线为x轴、以与x轴垂直并且位于空气劈尖上表面上的直线为y轴、以长度为h的条纹的一个端点为原点建立直角坐标系，所述的渐变间距条纹的一端位于y上并且相邻的两根渐变间距条纹的距离均为Lmin，相邻的两根渐变间距条纹或者其延长线与x＝h的直线的交点的距离均为Lmax，Lmax＞Lmin，待测液体的等厚干涉条纹间距L，由劈尖干涉原理可知：
其中n是待测液体的折射率，λ是单色光光源的波长，θ是空气劈尖的楔角；
取折射率分别为n1和n2，其中n1＞n2，则
在(1)、(2)和(3)可知在渐变间距条纹上距离原点距离为x(0≤x≤h)的任意位置，对应的等厚干涉条纹间距L(x)为：
由(1)可知：
在L＝L(x)时，将(2)、(3)和(4)代入(5)可得
取相对位置并代入(6)可得
由(7)计算得到相对位置x′处的折射率数值并标柱在渐变间距条纹上。
3.根据权利要求2所述的基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法，其特征在于：在劈尖上方倾斜设置有半透半反镜，在半透半反镜的一侧设置有单色光源，所述的单色光源发出的单色光通过半透半反镜反射后竖直向下射向劈尖。
CN201811561527.6A 2018-12-19 2018-12-19 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法 Active CN109632706B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811561527.6A CN109632706B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811561527.6A CN109632706B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109632706A true CN109632706A (zh) 2019-04-16
CN109632706B CN109632706B (zh) 2021-03-02

Family

ID=66075797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811561527.6A Active CN109632706B (zh) 2018-12-19 2018-12-19 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109632706B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702257A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 苏州大学 基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法
CN110927111A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 四川大学 利用劈尖实现液体折射率测量的方法
CN112198140A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 南京信息职业技术学院 基于多层介质膜干涉滤光片的液体折射率测量方法及其装置
CN115684086A (zh) * 2022-10-12 2023-02-03 江苏科技大学 一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000121336A (ja) * 1998-10-08 2000-04-28 Canon Inc モアレ測定方法及びそれを用いたモアレ測定装置
CN1424571A (zh) * 2002-12-31 2003-06-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 透明材料折射率测量方法及其干涉测量仪
CN102735646A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 清华大学 透明介质折射率的测量装置及测量方法
CN103076161A (zh) * 2013-01-22 2013-05-01 长春理工大学 基于ccd成像技术的数字v棱镜折射率测量仪及测量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000121336A (ja) * 1998-10-08 2000-04-28 Canon Inc モアレ測定方法及びそれを用いたモアレ測定装置
CN1424571A (zh) * 2002-12-31 2003-06-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 透明材料折射率测量方法及其干涉测量仪
CN102735646A (zh) * 2012-06-20 2012-10-17 清华大学 透明介质折射率的测量装置及测量方法
CN103076161A (zh) * 2013-01-22 2013-05-01 长春理工大学 基于ccd成像技术的数字v棱镜折射率测量仪及测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈刚等: ""一种利用等厚干涉测量液体折射率的方法"", 《科技创新与应用》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702257A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 苏州大学 基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法
CN110927111A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 四川大学 利用劈尖实现液体折射率测量的方法
CN112198140A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 南京信息职业技术学院 基于多层介质膜干涉滤光片的液体折射率测量方法及其装置
CN112198140B (zh) * 2020-08-26 2023-10-10 南京信息职业技术学院 基于多层介质膜干涉滤光片的液体折射率测量方法及其装置
CN115684086A (zh) * 2022-10-12 2023-02-03 江苏科技大学 一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109632706B (zh) 2021-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109632706A (zh) 基于等厚干涉莫尔条纹的液体折射率测量方法
CN100390500C (zh) 液晶层尺寸量测系统及方法
CN107401982B (zh) 基于低相干光干涉法的透镜中心厚度的非接触测量方法
CN101769821A (zh) 基于差动共焦技术的透镜折射率与厚度的测量方法及装置
CN105823757B (zh) 一种利用光纤白光干涉原理实现的高精度液体折射率测量仪及其测量方法
CN104792798A (zh) 基于全内反射照明技术的亚表面损伤测量装置及方法
CN105891152A (zh) 一种大量程折射率测量的方法
Fang et al. Measurement of micro-V-groove dihedral using white light interferometry
CN105352915A (zh) 一种折射率二维分布的动态测量方法
CN204832027U (zh) 一种基于液体棱镜的折射仪
CN209296573U (zh) 一种液体折射率测定仪
CN104034272B (zh) 一种宽光谱光干涉法测量薄膜厚度的系统
Rivera-Ortega et al. Simple apparatus to calculate the refractive index of liquids based on Snell’s law
TWI473963B (zh) 一維掃瞄表面形貌量測裝置與方法
CN109579708A (zh) 基于光学劈尖干涉的纳米分辨率位移测量装置
CN203100685U (zh) 透镜中心厚度光学检测仪
CN103196834B (zh) 带有气压平衡装置的光干涉气体检测系统
CN210089976U (zh) 基于qpm和bkc技术的光纤折射率与内应力测量装置
CN106197323B (zh) 内圆锥角激光干涉测量装置及方法
CN1804586A (zh) 利用激光回馈高精度确定入射角的方法及其应用
CN109406456A (zh) 一种液体折射率测定仪
CN103353390A (zh) 一种空气隙型偏光棱镜胶合误差的测量方法
CN104613902B (zh) 用于位移直线度测量的激光干涉系统
CN204556501U (zh) 一种基于光纤干涉的液体折射率测量装置
CN104807758B (zh) 一种在线测量高温熔体和液体折射率的装置与方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant