CN117761010A - 一种高精度激光液体折射率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度激光液体折射率测量装置，涉及液体折射率测量技术领域，包括暗箱和设置于暗箱内的升降测量单元、载物台、玻片调节单元，升降测量单元设置于暗箱的顶部，升降测量单元包括升降机架、机头套筒、激光发生器、电动可调光阑、CCD相机，激光发生器朝向电动可调光阑，机头套筒设置于激光发生器的出射点下方，电动可调光阑位于机头套筒的底端，CCD相机固定在机头套筒的侧面，玻片调节单元位于机头套筒与载物台之间，载物台的中央放置承载待测液体的溶液器皿。本发明采用上述结构的一种高精度激光液体折射率测量装置，避免了通过显微镜直接观察暗斑区边界带来的不精准的缺陷，提高液体折射率的测量精度。

Description

一种高精度激光液体折射率测量装置

技术领域

本发明涉及液体折射率测量技术领域，尤其是涉及一种高精度激光液体折射率测量装置。

背景技术

在食品、化工、医药等生产部门，生产过程中经常要检测液体的浓度，大多数液体的折射率和浓度有一定的关系。目前，最常用的液体折射率测量除了阿贝折射仪和V棱镜折射仪以外，还可以利用激光的全反射现象，使其在不同物质的表面产生大小不同的折射角。典型方式就是在液体的表面放置一表面涂覆光透射散射层的平板玻璃或毛玻璃片，并让该平板玻璃或毛玻璃片与待测液体表面接触，这里采用毛玻璃片。激光源照射至毛玻璃片上后，就会出现以激光束照射点为中心的明暗相间的圆环，毛玻璃片下的液体折射率不同，圆环暗斑区的大小也不同，从而利用液体折射率与圆环暗斑区大小的函数关系，测得液体的折射率。液体折射率与圆环暗斑区直径的函数关系：

；

其中，d为暗斑区直径；h为毛玻璃片厚度；n₁为待测液体折射率；n₂为毛玻璃片折射率。目前已有的该类设备中，对于圆环暗斑区的边界定位不够精准，一般通过人眼利用显微镜直接观察，用内径千分尺进行测量，得到的数据不够精确；另外调节和测量需要的时间较长，降低了测量效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度激光液体折射率测量装置，避免了通过显微镜直接观察暗斑区边界带来的不精准的缺陷，提高液体折射率的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种高精度激光液体折射率测量装置，包括暗箱、控制处理器和设置于暗箱内的升降测量单元、载物台、玻片调节单元，所述升降测量单元设置于所述暗箱的顶部，所述升降测量单元包括升降机架、机头套筒、激光发生器、电动可调光阑、CCD相机，所述激光发生器朝向所述电动可调光阑，所述机头套筒设置于所述激光发生器的出射点下方，所述电动可调光阑位于所述机头套筒的底端，所述CCD相机固定在所述机头套筒的侧面，所述玻片调节单元位于机头套筒与所述载物台之间，所述载物台的中央放置承载待测液体的溶液器皿。

优选的，所述升降机架包括步进电机、背板、丝杆和升降座，所述步进电机设置于所述暗箱的顶部，所述丝杆与所述步进电机联动，所述丝杆与所述背板平行设置于所述暗箱内，所述背板与所述暗箱的顶板固定连接，所述升降座与所述丝杆螺纹连接，所述升降座的一侧与所述背板相接触，所述激光发生器固定在所述升降座的另一侧。

优选的，所述暗箱的顶部设置有线缆进出口，所述线缆进出口上设置有圆环固定通件，所述圆环固定通件的两端分别与伸缩保护套管相连接，所述激光发生器、所述电动可调光阑、所述CCD相机的连接线设置于所述伸缩保护套管内。

优选的，所述溶液器皿与所述浅槽相适配，所述溶液器皿的一个侧壁上设置有玻片接驳口，所述玻片接驳口朝向所述玻片调节单元。

优选的，所述玻片调节单元包括电动调节支架、夹持臂、固定件和毛玻璃片，所述电动调节支架固定在载物台的侧面，所述夹持臂设置于电动调节支架的顶端，所述毛玻璃片设置于所述夹持臂的末端，所述夹持臂与所述玻片接驳口相适配。

优选的，所述毛玻璃片的中央设置有参照刻度尺，所述参照刻度尺的零点位于所述激光发生器的出射光轴上。

优选的，所述暗箱的侧面开设物料进出门，所述物料进出门与所述载物台相对设置。

优选的，所述激光发生器、所述电动可调光阑、所述CCD相机、所述步进电机和所述电动调节支架均与所述控制处理器相连接，所述控制处理器连接显示屏，所述显示屏实时显示所述CCD相机的拍摄画面。

因此，本发明采用上述结构的一种高精度激光液体折射率测量装置，通过激光发生器向覆盖毛玻璃片的待测液体发射线激光，过程中通过电动可调光阑调节光阑狭缝，使激光在毛玻璃片表面形成暗斑区，以毛玻璃片表面的参照刻度尺作为基准，通过CCD相机记录暗斑区图像，并以此为依据计算出暗斑区直径长度，然后进行液体激光折射率计算。避免了通过显微镜直接观察暗斑区边界带来的不精准的缺陷，提高液体折射率的测量精度。并且全测量过程封闭在暗箱中进行，通过控制处理器和显示屏在外监控，减少外界环境对测量过程的干扰。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种高精度激光液体折射率测量装置实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的毛玻璃片结构示意图；

图3为本发明实施例的测量原理图。

附图标记

1、暗箱；2、物料进出门；3、步进电机；4、背板；5、升降座；6、丝杆；7、激光发生器；8、机头套筒；9、电动可调光阑；10、CCD相机；11、伸缩保护套管；12、圆环固定通件；13、溶液器皿；14、电动调节支架；15、夹持臂；16、毛玻璃片；17、载物台；18、参照刻度尺；19、玻片接驳口。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种高精度激光液体折射率测量装置，包括暗箱1、控制处理器和设置于暗箱1内的升降测量单元、载物台17、玻片调节单元。

升降测量单元设置于暗箱1的顶部，升降测量单元包括升降机架、机头套筒8、激光发生器7、电动可调光阑9、CCD相机10，升降机架包括步进电机3、背板4、丝杆6和升降座5，步进电机3设置于暗箱1的顶部，丝杆6与步进电机3联动，丝杆6与背板4平行设置于暗箱1内，背板4与暗箱1的顶板固定连接，升降座5与丝杆6螺纹连接，升降座5的一侧与背板4相接触，激光发生器7固定在升降座5的另一侧。步进电机3启动时，丝杆6发生旋转，升降座5沿着丝杆6上升或下降，其中背板4具有稳定丝杆6和保持升降座5运动路线的作用。

机头套筒8设置于激光发生器7的出射点下方，激光发生器7随升降座5共同运动，携带机头套筒8及其相连的电动可调光阑9、CCD相机10共同运动，调节合适的入射高度，使暗斑区与亮区形成清晰明显的分界。激光发生器7朝向电动可调光阑9，电动可调光阑9位于机头套筒8的底端，激光发生器7射出的线激光从电动可调光阑9的光阑狭缝中经过，电动可调光阑9采用可调光学狭缝 FPSTA-10AOS10-1。这款可调光学狭缝通过精确调整两叶片位置来实现不同宽度的狭缝。小狭缝宽度20µm(全闭合时)，大狭缝宽度10mm，灵敏度1µm。CCD相机10固定在机头套筒8的侧面，这里采用黑白CCD相机10，适用于光线不足地区及夜间无法安装照明设备的环境。CCD相机10能够将拍摄的图像以数字信号的形式传递至控制处理器中，便于实时查看。

玻片调节单元位于机头套筒8与载物台17之间，载物台17的中央放置承载待测液体的溶液器皿13。溶液器皿13的一个侧壁上设置有玻片接驳口19，玻片接驳口19朝向玻片调节单元。玻片接驳口19是预留夹持臂15搭载的缺口，在保证溶液器皿13中的液位处于标准设定区间时，玻片接驳口19可确保毛玻璃片16与液体表面形成接触。

使溶液器皿13放置在载物台17上固定位置的方法有多种，可在载物台17的中央开设浅槽，溶液器皿13与浅槽适配，如将浅槽与溶液器皿13均设置成带棱角的形状，只需在放置溶液器皿13时保证玻片接驳口19朝向玻片调节单元，即为摆放正确。也可在浅槽中设置凸起，在溶液器皿13中设置对应的咬合结构，从而保证溶液器皿13的摆放位置正确。

玻片调节单元包括电动调节支架14、夹持臂15、固定件和毛玻璃片16，电动调节支架14固定在载物台17的侧面，夹持臂15设置于电动调节支架14的顶端，毛玻璃片16固定在夹持臂15的末端，夹持臂15与玻片接驳口19相适配。电动调节支架14只具有上下竖直运动的自由度，毛玻璃片16的中央设置有参照刻度尺18，参照刻度尺18的零点位于激光发生器7的出射光轴上，如图2所示。

激光发生器7、电动可调光阑9、CCD相机10、步进电机3和电动调节支架14均与控制处理器相连接，控制处理器连接显示屏，显示屏实时显示CCD相机10的拍摄画面。显示屏安装在设备外层的合适位置。当线激光在毛玻璃片16表面形成暗斑区时，CCD相机10拍摄到的毛玻璃片16画面上具有参照刻度尺18，以此为基准进行暗斑区直径的计算，得到的结果更为精准。相比于采用显微镜肉眼观察，再采用内径千分尺测量暗斑区直径的方法，由于CCD相机10的画面可以放大，且存在参照刻度尺18的基准参照，使测量结果更加准确。其测量原理如图3所示，将折射率计算公式和其中的参数提前输入到控制处理器中，则该设备可自动完成测量及计算的过程，快速输出结果。

暗箱1的侧面开设物料进出门2，物料进出门2与载物台17相对设置，便于放入和拿取溶液器皿13，测试过程中物料进出门2保持密闭，防止光线透入。

暗箱1的顶部设置有线缆进出口，线缆进出口上设置有圆环固定通件12，圆环固定通件12的两端分别与伸缩保护套管11相连接，激光发生器7、电动可调光阑9、CCD相机10的连接线设置于伸缩保护套管11内，具有保护管线的作用，圆环固定通件12与伸缩保护套管11均选用不透光材质，避免光线透入。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：包括暗箱、控制处理器和设置于暗箱内的升降测量单元、载物台、玻片调节单元，所述升降测量单元设置于所述暗箱的顶部，所述升降测量单元包括升降机架、机头套筒、激光发生器、电动可调光阑、CCD相机，所述激光发生器朝向所述电动可调光阑，所述机头套筒设置于所述激光发生器的出射点下方，所述电动可调光阑位于所述机头套筒的底端，所述CCD相机固定在所述机头套筒的侧面，所述玻片调节单元位于机头套筒与所述载物台之间，所述载物台的中央放置承载待测液体的溶液器皿。

2.根据权利要求1所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述升降机架包括步进电机、背板、丝杆和升降座，所述步进电机设置于所述暗箱的顶部，所述丝杆与所述步进电机联动，所述丝杆与所述背板平行设置于所述暗箱内，所述背板与所述暗箱的顶板固定连接，所述升降座与所述丝杆螺纹连接，所述升降座的一侧与所述背板相接触，所述激光发生器固定在所述升降座的另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述暗箱的顶部设置有线缆进出口，所述线缆进出口上设置有圆环固定通件，所述圆环固定通件的两端分别与伸缩保护套管相连接，所述激光发生器、所述电动可调光阑、所述CCD相机的连接线设置于所述伸缩保护套管内。

4.根据权利要求2所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述溶液器皿的一个侧壁上设置有玻片接驳口，所述玻片接驳口朝向所述玻片调节单元。

5.根据权利要求4所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述玻片调节单元包括电动调节支架、夹持臂、固定件和毛玻璃片，所述电动调节支架固定在载物台的侧面，所述夹持臂设置于电动调节支架的顶端，所述毛玻璃片设置于所述夹持臂的末端，所述夹持臂与所述玻片接驳口相适配。

6.根据权利要求5所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述毛玻璃片的中央设置有参照刻度尺，所述参照刻度尺的零点位于所述激光发生器的出射光轴上。

7.根据权利要求1所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述暗箱的侧面开设物料进出门，所述物料进出门与所述载物台相对设置。

8.根据权利要求5所述的一种高精度激光液体折射率测量装置，其特征在于：所述激光发生器、所述电动可调光阑、所述CCD相机、所述步进电机和所述电动调节支架均与所述控制处理器相连接，所述控制处理器连接显示屏，所述显示屏实时显示所述CCD相机的拍摄画面。