CN201021920Y - 聚光自动阿贝折射仪 - Google Patents

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CN201021920Y CNU2007200678922U CN200720067892U CN201021920Y CN 201021920 Y CN201021920 Y CN 201021920Y CN U2007200678922 U CNU2007200678922 U CN U2007200678922U CN 200720067892 U CN200720067892 U CN 200720067892U CN 201021920 Y CN201021920 Y CN 201021920Y
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Abstract

一种聚光自动阿贝折射仪，包括光源、基本棱镜和辅助棱镜，所述基本棱镜与所述辅助棱镜之间留有狭缝，还包括设于所述基本棱镜出射光方向上的聚光透镜，设于所述聚光透镜出射光方向上的图像传感器，与所述图像传感器相连接的处理模块，与所述处理模块相连接的显示装置。所述处理模块获取所述图像传感器信息，计算出光线的在该图像传感器上的位置，进而计算出临界角β0及液体的折射率n。并根据需要，进行温度补偿，修正n值，显示相关信息于所述显示装置上。通过对基本棱镜出射光聚光，可减小所述图像传感器的面积，以降低成本，方便使用。本实用新型可以将测定的折射率以数字显示出来，操作方便。

Description

聚光自动阿贝折射仪
技术领域
本实用新型涉及一种聚光自动阿贝折射仪。
背景技术
阿贝折射仪的工作原理如图1所示，镜箱由两个直角棱镜所构成，下部为基本棱镜1，上部为辅助棱镜2，被测液体位于基本棱镜1与辅助棱镜2之间的狭缝3内。入射光进入辅助棱镜2，辅助棱镜2的AB面为一毛玻璃，入射光在毛玻璃面上发生漫散射。并从各个方向通过置于缝隙的液层而达到基本棱镜的CD面。根据折射定律，当光由光疏介质即待测液体折射进入光密介质即基本棱镜时，折射角小于入射角；如果入射光正好沿着CD面射入，即入射角a＝90°，则折射角为β0。因再也没有比β0更大的折射角，所以β0为临界角。对CD镜面上任一点来说，当光在0～90°范围内入射时，折射光都应落在临界角β0内成为亮区，其它为暗区，构成明暗的分界线，因此具有特征意义。根据公式，n＝n′/sinβ0，n′为棱镜的折射率，因此若已知棱镜的折射率，测定临界角β0，就能求出液体的折射率n。
现有技术中的阿贝折射仪，通过转动目镜观测临界点，然后通过另一个目镜读取刻度盘12上待测物质的折射率。并且温度补偿需要手工计算，使用起来非常不便。阿贝折射仪的测量的折射率范围为1.3-1.7。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种操作方便，可自动显示折射率的聚光自动阿贝折射仪。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种聚光自动阿贝折射仪，包括光源、基本棱镜和辅助棱镜，所述基本棱镜与所述辅助棱镜之间留有狭缝，还包括设于所述基本棱镜出射光方向上的聚光透镜，设于所述聚光透镜出射光方向上的图像传感器，与所述图像传感器相连接的处理模块，与所述处理模块相连接的显示装置。所述处理模块获取所述图像传感器信息，计算出光线的在该图像传感器上的位置，所述处理模块根据计算出的实际角度加上因聚光透镜而减小的角度，进而计算出临界角β0及液体的折射率n。并根据需要，显示相关信息于所述显示装置上。通过对基本棱镜出射光聚光，可减小所述图像传感器的面积，以降低成本，方便使用。
作为本实用新型的一种改进，所述聚光透镜为柱状聚光透镜。该聚光透镜是柱面透镜，可以使出射光线横向呈线状，便于图像传感器接收。
作为本实用新型的又一改进，所述柱状聚光透镜靠近所述基本棱镜一侧为一平面。以方便柱状聚光透镜的安装。
作为本实用新型的再一改进，所述柱状聚光透镜靠近所述图像传感器一侧为圆柱形。
作为本实用新型的再一改进，所述圆弧的中点、所述圆弧的圆心与所述基本棱镜的中点在一条直线上。
作为本实用新型的一种改进，所述柱状聚光透镜贴设于所述基本棱镜上。以提高工艺性和稳定性。
作为本实用新型的再一改进，还包括一用于测量被测液体温度的温度传感器，所述温度传感器与所述处理模块相连接。所述处理模块从该温度传感器获取温度数据，以修正温度对折光率的影响。
作为本实用新型的一种改进，所述温度传感器贴设于所述基本棱镜上。以提高工艺性和稳定性。
其中，所述图像传感器为CCD或CMOS图像传感器。
本实用新型提供的聚光自动阿贝折射仪，安装的柱状聚光透镜，使得经折射率为1.3-1.7之间物质折射后的出射光线都能进入图像传感器，并使光线尽力垂直于图像传感器，使之接收稳定。可以将测定的折射率以数字显示出来，并可随温度变化自动进行修正，不需人工瞄准，无需使用刻度盘进行读数，操作方便。
以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。
附图说明
图1为阿贝折射仪原理构造图；
图2为本实用新型的构造示意图；
图3为本实用新型计算过程原理图。
具体实施方式
如图2所示，一种聚光自动阿贝折射仪，包括光源11、基本棱镜4和辅助棱镜5，所述基本棱镜4与所述辅助棱镜5之间留有狭缝6，还包括设于所述基本棱镜出射光方向上的聚光透镜9，设于所述聚光透镜9出射光方向上的图像传感器13，与所述图像传感器13相连接的处理模块7，与所述处理模块7相连接的显示装置8。所述处理模块7获取所述图像传感器13信息，计算出光线的在该图像传感器13上的位置，所述处理模块7根据计算出的实际角度加上因聚光透镜9而减小的角度，进而计算出临界角β0及液体的折射率n。并根据需要，显示相关信息于所述显示装置8上。通过对基本棱镜4出射光聚光，可减小所述图像传感器13的面积，以降低成本，方便使用。
其中，所述聚光透镜9为柱状聚光透镜9。所述柱状聚光透镜9靠近所述基本棱镜4一侧为一平面。所述柱状聚光透镜9靠近所述图像传感器13一侧为圆弧形。所述柱状聚光透镜9贴设于所述基本棱镜4上。
其中，所述圆弧的中点、所述圆弧的圆心与所述基本棱镜4的入射点在一条直线上。所述圆弧的圆心至所述基本棱镜4的入射点的距离等于圆弧的半径。
其中，还包括一用于测量被测液体温度的温度传感器10，所述温度传感器10与所述处理模块7相连接。所述温度传感器10贴设于所述基本棱镜4上。
其中，所述图像传感器13可以是CCD或CMOS图像传感器13。
本实用新型的使用方法为：将待测物质放入狭缝6内，光源11发出的光依次经辅助棱镜5、装有待测液体的狭缝6、基本棱镜4、柱状聚光透镜9后，照射在所述图像传感器13上，所述图像传感器13将接收到光信号转换成数字电信号后，传输到处理模块7，所述处理模块7对获取的数字电信号进行数字处理，计算出光线的在该图像传感器13上的位置信息，从而计算出实际角度，并将实际角度加上因聚光透镜9而减小的角度，从而计算出所述临界角α及液体的折射率n。同时，温度传感器10测量温度后将温度数据输送到处理模块7，处理模块7根据该温度值，修正折射率n，并将修正后的折射率n显示于所述显示装置8上。其中，温度对折光率的影响系值为已知系值，所述处理模块7只需根据该系数调整折光率即可。
本实用新型工作原理如图3所示，首先根据各物质的折射率，可预先计算出h的数值并输入程序，使用时，当出射光线照射到CCD传感器上时，根据实际测试时的h值查找该h值对应的折射率或通过h值计算出折射率，并显示折射率数值于显示装置8。
h值的计算过程如下：如图3所示，出射光线由P点进入基本棱镜4，由L点射出，O为拄状聚光透镜的圆心，OL为法线，PN为法线。
已知狭缝中的物质的折射率n、基本棱镜的折射率n1、空气的折射率n2，柱状聚光透镜的半径R，并且安装时使OP＝OL＝OF(即所述圆弧的中点F、所述圆弧的圆心O与所述基本棱镜4的入射点P在一条直线上。所述圆弧的圆心O至所述基本棱镜4的入射点P的距离等于圆弧的半径OL)。角度β＝90°-t，由狭缝中的物质的折射率n可根据公式：nsinα1＝n1sinα，计算出光线由狭缝中的物质进入基本棱镜后的临界角α；
θ＝ω+δ；由于OP＝OL，所以ω＝δ，所以θ＝2δ＝2(α-β)；代入式GK＝OLsinθ，得GK＝OLsin2(α-β)，可计算出GK数值；
已知空气的折射率n2和柱状聚光透镜的折射率n1，由前述公式计算得角度ω，故由公式n2sinω＝n1sinλ，可计算出角度λ的数值；
LK＝GF+FM，FM＝OF-OM＝R-Rcosθ；
由于LK与FG平行，故θ＝λ+σ，σ＝θ-λ，由此可计算出角度σ的数值，将σ值代入公式EK＝LKtgσ，可计算出EK数值；
h＝EK+KG，由此可计算出h值，每种物质相对应一个h值。
同理，反向推理可由h值计算得出临界角α值，进一步计算可得出狭缝中的物质的折射率。
通过计算可知：只要柱面透镜的半径R(或者曲率)确定，一定的折射率n就对应唯一的高度h，即由图像传感器上的调度(h)可以推算出折射率n。并且不同折射率的被测液体在图像传感器13上都有其对应的且不相同的h数值，就可以实现本实用新型的目的。
上述实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他实质等同手段，均在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.聚光自动阿贝折射仪，包括光源、基本棱镜和辅助棱镜，所述基本棱镜与所述辅助棱镜之间留有狭缝，其特征在于：还包括设于所述基本棱镜出射光方向上的聚光透镜，设于所述聚光透镜出射光方向上的图像传感器，与所述图像传感器相连接的处理模块，与所述处理模块相连接的显示装置。
2.根据权利要求1所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述聚光透镜为柱状聚光透镜。
3.根据权利要求2所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述柱状聚光透镜靠近所述基本棱镜一侧为一平面。
4.根据权利要求3所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述柱状聚光透镜靠近所述图像传感器一侧为圆柱形。
5.根据权利要求4所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述圆弧的中点、所述圆弧的圆心与所述基本棱镜的中点在一条直线上。
6.根据权利要求3至5中任一所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述柱状聚光透镜贴设于所述基本棱镜上。
7.根据权利要求1或2所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：还包括一用于测量被测液体温度的温度传感器，所述温度传感器与所述处理模块相连接。
8.根据权利要求7所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述温度传感器贴设于所述基本棱镜上。
9.根据权利要求8所述的聚光自动阿贝折射仪，其特征在于：所述图像传感器为CCD或CMOS图像传感器。
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