CN115508310B - 一种液体折射率原位测量仪器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体折射率原位测量仪器及方法，属于光学精密测量领域，测量仪器由测量主体(1)、电缆(2)、控制与数据处理系统(3)组成，测量主体(1)包括图像获取模块(101)、激光投射器(102)、密封舱体(103)、玻璃窗口(104)、测量平台(105)和固定块(106)。测量方法采用以下步骤：将测量装置主体浸入待测液体中，启动控制与数据处理系统，根据公式计算出待测液体的折射率n，由控制处理系统实时显示测量结果。该方法简单快捷无需进行复杂的操作，测量结果可由控制与数据处理系统实时显示，该仪器结构紧凑，轻便便携。
Description
技术领域
本发明属于光学精密测量领域，具体是涉及一种液体折射率原位测量仪器及方法。
背景技术
测量液体折射率的方法有许多种，包括激光照射法、衍射光栅法、光纤杨氏干涉法、掠面入射法等等。这些方法各有优点，但存在测量过程繁琐、无法实现原位测量等缺点。
发明内容
本发明目的旨在克服以上缺陷，提供一种液体折射率原位测量仪器及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种液体折射率原位测量仪器，所述仪器包括测量主体、电缆、控制与数据处理系统，所述测量主体通过电缆和控制与数据处理系统电连接，所述测量主体通过电缆将测量数据发送至控制与数据处理系统；
所述测量主体包括图像获取模块、激光投射器、密封舱体、玻璃窗口、测量平台和固定块，所述图像获取模块和激光投射器成一定夹角固定在密封舱体内，所述密封舱体、固定块安装于测量平台上，所述玻璃窗口固定在密封舱体前端上，且所述玻璃窗口外侧与固定块间的物理距离为D。
进一步地，所述激光投射器用于将激光投射到固定块表面，所述激光与固定块表面轮廓相交形成光斑，且所述激光为点激光或线激光。
进一步地，所述激光为点激光，其点光源为各波长可见光。
进一步地，所述点光源选用绿色激光。
进一步地，所述图像采集模块用于对上述光斑进行成像，其图像传感器类型为CCD或CMOS。
本发明还提供了以下技术方案：
一种基于所述的液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，该方法包括下列步骤：
步骤A.将测量主体浸入待测液体中；
步骤B.启动控制与数据处理系统；
步骤C.开启激光投射器及图像获取模块，激光投射器投射激光与固定块表面相交形成光斑，光斑在图像获取模块的图像传感器某一位置上成像，控制与数据处理系统实时获取图像信息，并计算出此时玻璃窗口外侧与固定块在液体中的距离Dw，所述Dw为测量主体测量的数据并非真实物理距离；
步骤D.根据所述物理距离D和所述距离Dw计算出待测液体的折射率nw，并由控制与数据处理系统实时显示测量结果。
进一步地，步骤C中，控制与数据处理系统根据激光三角法计算所述距离Dw。
进一步地，步骤D中，通过下列公式计算出待测液体的折射率nw：
式中，H为图像获取模块镜头焦点和激光投射器间的距离，s为激光投射器与玻璃窗口内侧间的距离，t为玻璃窗口厚度，ng为玻璃窗口的折射率。
本发明的有益效果是：使用上述一种液体折射率原位测量仪器及方法，对液体折射率进行原位测量，其方法简单快捷无需进行复杂的操作，测量结果可由控制处理系统实时显示，仪器结构紧凑，轻便便携。
附图说明
图1是本发明一种液体折射率原位测量仪器的示意图；
图2是本发明一种液体折射率原位测量仪器的测量主体示意图；
图3是本发明一种液体折射率原位测量方法的测量原理示意图；
图中附图标记为：测量主体1，电缆2，控制与数据处理系统3，图像获取模块101，激光投射器102，密封舱体103，玻璃窗口104，测量平台105，固定块106。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进一步说明：
如图1所示，所述用于液体折射率原位测量的仪器，包括测量主体1、电缆2、控制与数据处理系统3，所述测量主体1通过电缆2和控制与数据处理系统3电连接，所述测量主体1通过电缆2将测量数据发送至控制与数据处理系统3。
如图2所示，所述测量主体1包括图像获取模块101、激光投射器102、密封舱体103、玻璃窗口104、测量平台105和固定块106，所述激光投射器102和图像获取模块101成一定夹角固定在密封舱体103内，所述玻璃窗口104固定在密封舱体103前端上，所述密封舱体103、固定块106分别安装于测量平台105两端上方，所述密封舱体103前端与固定块106间的物理距离为D。
所述激光投射器102可以是各波长激光器，例如：红色激光器、绿色激光器、蓝色激光器等，图像获取模块101的图像传感器类型可以是CCD图像传感器或是CMOS图像传感器。
如图3所示，一种液体折射率原位测量方法，包括以下步骤：
步骤A.将测量主体1浸入待测液体中；
步骤B.启动控制与数据处理系统3；
步骤C.开启激光投射器102及图像获取模块101，激光投射器102投射激光与固定块106表面相交形成光斑，光斑将在图像获取模块101的图像传感器某一位置上成像，控制与数据处理系统3实时获取图像信息，根据激光三角法可计算出此时玻璃窗口104外侧与固定块106在液体中的距离Dw，所述Dw为测量主体1测量的数据并非真实物理距离；
步骤D.通过公式计算出待测液体的折射率nw，并由控制与数据处理系统3实时显示测量结果。
所述公式表示如下：
由上述三式可求得待测液体的折射率nw为：
式中，H为图像获取模块镜头焦点和激光投射器间的距离，s为激光投射器与玻璃窗口内侧间的距离，t为玻璃窗口厚度，ng为玻璃窗口的折射率，D为玻璃窗口外侧与固定块间的距离，Dw为在液体中测量主体所测得的数据；上面公式或图3中的θa、θg、θw分别为图像传感器接收的光线与玻璃界面法向量在空气中、玻璃中、水中的夹角。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，其特征在于，所述仪器包括测量主体（1）、电缆（2）、控制与数据处理系统（3），所述测量主体（1）通过电缆（2）和控制与数据处理系统（3）电连接，所述测量主体（1）通过电缆（2）将测量数据发送至控制与数据处理系统（3）；
所述测量主体（1）包括图像获取模块（101）、激光投射器（102）、密封舱体（103）、玻璃窗口（104）、测量平台（105）和固定块（106），所述图像获取模块（101）和激光投射器（102）成一定夹角固定在密封舱体（103）内，所述密封舱体（103）、固定块（106）安装于测量平台（105）上，所述玻璃窗口（104）固定在密封舱体（103）前端上，且所述玻璃窗口（104）外侧与固定块（106）间的物理距离为D；
该方法包括下列步骤：
步骤A. 将测量主体（1）浸入待测液体中；
步骤B. 启动控制与数据处理系统（3）；
步骤C. 开启激光投射器（102）及图像获取模块（101），激光投射器（101）投射激光与固定块（106）表面相交形成光斑，光斑在图像获取模块（101）的图像传感器某一位置上成像，控制与数据处理系统（3）实时获取图像信息，并计算出此时玻璃窗口（104）外侧与固定块（106）在液体中的距离Dw，所述Dw为测量主体（1）测量的数据并非真实物理距离；控制与数据处理系统（3）根据激光三角法计算所述距离Dw；
步骤D.根据所述物理距离D和所述距离Dw计算出待测液体的折射率nw，并由控制与数据处理系统（3）实时显示测量结果；
通过下列公式计算出待测液体的折射率nw：
；
式中，H为图像获取模块镜头焦点和激光投射器间的距离，s为激光投射器与玻璃窗口内侧间的距离，t为玻璃窗口厚度，ng为玻璃窗口的折射率。
2.根据权利要求1所述的一种液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，其特征在于，所述激光投射器（102）用于将激光投射到固定块（106）表面，所述激光与固定块（106）表面轮廓相交形成光斑，且所述激光为点激光或线激光。
3.根据权利要求2所述的一种液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，其特征在于，所述激光为点激光，其点光源为各波长可见光。
4.根据权利要求3所述的一种液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，其特征在于，所述点光源选用绿色激光。
5.根据权利要求2所述的一种液体折射率原位测量仪器的液体折射率原位测量方法，其特征在于，所述图像采集模块（101）用于对上述光斑进行成像，其图像传感器类型为CCD或CMOS。
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