CN212364075U

CN212364075U - 一种便携式折射率测量装置

Info

Publication number: CN212364075U
Application number: CN202021276275.5U
Authority: CN
Inventors: 杨文艳; 蒋再富; 周熙瑞; 夏雨珊; 肖皓文; 张启义; 刘春兰
Original assignee: Chongqing University of Science and Technology
Current assignee: Chongqing University of Science and Technology
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2030-07-03

Abstract

本实用新型涉及光学测量仪器技术领域，具体公开了一种便携式折射率测量装置，包括：外壳；沿直线顺序固定在外壳中的光源发射器、耦合镜、准直镜、第一分束镜、第一反射镜；沿直线顺序固定在外壳中的第二反射镜、第二分束镜、测算模组；测算模组包括正对第二分束镜出射光束的光电探测器，以及电性连接光电探测器的单片机模块，以及电性连接所述单片机模块的显示模块。本实用新型将非光路的电气化测算模组与测试光路固定安装在一个外壳中，而测算模组均采用体积较小的光电探测器、单片机模块和显示模块，在满足折射率的测量要求上，将整个装置的体积大大缩小，便于携带；采用单片机而不是现有的计算机进行计算，成本大幅度降低。

Description

一种便携式折射率测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学测量仪器技术领域，尤其涉及一种便携式折射率测量装置。

背景技术

折射率是常用的光学参数之一，它反映了物质内部单位体积内微观粒子个数。通常情况下，单位体积内的微观粒子数越多，这种介质对光束传输的阻力越大，则其折射率也越大。在工业应用中，通过测量折射率的值，可以判断被测物质的纯度，在食品加工、生物化学、石油管道、环境检测等领域中具有重要的应用。目前，测量折射率的方法主要有几何光学测量法和波动光学测量法。二者相比较，几何光学法具有结构简单、易于操作等特点。

如附图1所示，现有基于几何光学法的折射率测量装置一般包括光源10、准透镜20、分束器30和聚光透镜21、22，还包括第一容器40(及其测试对象60)、第二容器41((及其测试对象61)、测试对象50、反射镜70、检测器80、计算机90等。其中计算机90包括CPU，并用作计算器和控制器，所述计算器被构造为基于检测器80的检测结果(测量结果)计算测试对象50的折射率，控制器80被构造为控制可移动反射镜70的移动量。计算机90还可控制光源10的开启和关闭、将测试对象50插入到第一容器40或第二容器41中和从第一容器40或第二容器41退出测试对象50、以及在第一容器40与第二容器41之间进行替换。

但上述折射率测量仪器因采用计算机90、复杂的测试光路(光源10、准透镜20、分束器30和聚光透镜21、22，第一容器40、第二容器41、测试对象50、反射镜70)及光路中可移动的发射镜70等，导致体积较大，不易携带，且价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型提供一种便携式折射率测量装置，解决的技术问题在于：现有基于几何光学法的折射率测量装置体积较大，不易携带，且价格昂贵。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种便携式折射率测量装置，包括：

外壳；

沿直线顺序固定在所述外壳中的光源发射器、耦合镜、准直镜、第一分束镜、第一反射镜，所述第一分束镜和所述第一反射镜之间用于放入被测样品；

沿直线顺序固定在所述外壳中的第二反射镜、第二分束镜；当所述被测样品需要载体时，所述第二反射镜和所述第二分束镜之间用于放入与所述载体相同的参照体；

测算模组，包括正对所述第二分束镜出射光束的光电探测器，以及电性连接所述光电探测器的单片机模块，以及电性连接所述单片机模块的显示模块；

所述第一分束镜、所述第一反射镜、所述第二分束镜、所述第二反射镜呈矩形分布且具有相同倾角，所述第一分束镜与所述光源发射器发出的光线之间的夹角为45°。

该基础方案的测量原理在于：

1、若被测样品需要载体盛装，则光源发射器发出的光经过耦合镜和准直镜后，在第一分束镜的作用下被分成两束：第一光束经过第一分束镜、被测样品(包括载体)后，被第一反射镜反射到第二分束镜处；第二光束被第一分束镜和第二反射镜反射后，穿过参照体进入第二分束镜；然后，这两束光在第二分束镜处产生干涉，由测算模组的光电探测器测量相干光的干涉情况，并将光信号转换为电信号，而得到相应的电流强度并输入单片机模块，使其与标准数据对比，确定其干涉级次，再根据干涉级次计算出被测样品的折射率。最后，通过显示模块显示计算出的折射率；

2、若被测样品不需要载体盛装，则光源发射器发出的光经过耦合镜和准直镜后，在第一分束镜的作用下依旧被分成两束：第一光束经过第一分束镜、被测样品后，被第一反射镜反射到第二分束镜处；第二光束被第一分束镜和第二反射镜反射后，直接进入第二分束镜；然后，这两束光在第二分束镜处产生干涉，由测算模组进行如上后续折射率的计算。

和附图1所示的现有技术相比，该基础方案的有益效果在于：

1、将非光路的电气化测算模组与测试光路固定安装在一个外壳中，而测算模组均采用体积较小的光电探测器、单片机模块和显示模块，在满足折射率的测量要求上，将整个装置的体积大大缩小，便于携带；

2、采用单片机而不是现有的计算机进行计算，成本大幅度降低；

3、测试光路由直线式的光源发射器、耦合镜、准直镜、第一分束镜、第一反射镜和直线式的第二反射镜、第二分束镜组成，且第一分束镜、第一反射镜、第二分束镜、第二反射镜呈矩形分布且具有相同45°倾角，排布更紧密，可在满足折射率的测量要求上，将光路的空间压缩到最小，进一步缩小装置的体积；

4、采用固定式的反射镜，相比现有可移动的反射镜，节约了反射镜的移动空间，进一步缩小装置的体积。

在进一步的实施方案中，所述光电探测器采用高灵敏度InGaAs光电二极管，可保证光信号转化为电信号的转化质量，保证折射率的测量精度。

在进一步的实施方案中，所述单片机模块采用STC12C系列单片机，可完成折射率的计算，且体积较小。

在进一步的实施方案中，所述显示模块采用LED数码管或LCD显示器，可完成折射率的显示，且体积较小。

在进一步的实施方案中，所述光源发射器采用分布反馈半导体激光器，满足测试所需。

在进一步的实施方案中，当被测样品为液体时，所述被测样品为被所述载体盛装的液体时，所述载体为透明样品槽，所述参照体为透明参照槽。加入透明参照槽的目的是克服额外光程差。

在进一步的实施方案中，所述被测样品为不需要所述载体的透明固体。因透明固体具有固定形态，可直接放入光路中进行测量，可省去上一实施方案中的透明样品槽和透明参照槽。

附图说明

图1是本实用新型现有技术提供的折射率测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的一种便携式折射率测量装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的用图2所示装置测量液体时的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2提供的用图2所示装置测量透明固体时的结构示意图。

附图标记包括：外壳100、光源发射器101、耦合镜102、准直镜103、第一分束镜104、第一光束1、第二光束2、透明样品槽105、被测样品200、第一反射镜106、第二反射镜107、透明参照槽108、第二分束镜109、光电探测器110、单片机模块111、显示模块112。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。

实施例1

如附图2所示，本实施例提供的一种便携式折射率测量装置，包括：

外壳100；

沿直线顺序固定在外壳100中的光源发射器101、耦合镜102、准直镜103、第一分束镜104、第一反射镜106；

沿直线顺序固定在外壳100中的第二反射镜107、第二分束镜109；

测算模组，包括正对第二分束镜109出射光束的光电探测器110，以及电性连接光电探测器110的单片机模块111，以及电性连接单片机模块111的显示模块112；

第一分束镜104、第一反射镜106、第二分束镜109、第二反射镜107呈矩形分布且具有相同倾角，第一分束镜104与光源发射器101发出的光线之间的夹角为45°。

如图3所示，当被测样品200为液体时，需要用载体——透明样品槽105进行盛装；同时在第二反射镜107、第二分束镜109之间放置和透明样品槽105相同的参照体——透明参照槽108(不盛装任何物品)，以克服透明样品槽105带来的额外光程差。

为了进一步精简空间，本实施例第二反射镜107、透明参照槽108、第二分束镜109、测算模组位于第一分束镜104、透明样品槽105、第一反射镜106的下方(其他实施例可位于上方)，单片机模块111位于光源发射器101、耦合镜102、准直镜103下方(其他实施例可对应位于上方)。

在本实施例中：

光电探测器110采用高灵敏度InGaAs光电二极管，其选型可以是IGI7X1000S41，可保证光信号转化为电信号的转化质量，保证折射率的测量精度；

单片机模块111采用STC12C系列单片机，其选型可以是STC12C5410AD，可完成折射率的计算，且体积较小，成本较低；

显示模块112采用LED数码管，嵌入在外壳100中，其选型可以是YG-001六段式数码管，可完成10^-5级别折射率的显示，且体积较小，成本较低；

光源发射器101采用分布反馈半导体激光器(DFB)，DFB激光器最大的特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度，它的线宽普遍可以做到1MHz以内)，以及非常高的边模抑制比(SMSR)，目前可达40-50dB以上，能够满足测试所需，提供较为优质的光源。

本实施例的测量原理在于：光源发射器101(DFB)发出的光经过耦合镜102和准直镜103后，在第一分束镜104的作用下被分成两束：光束1(第一光束)经过第一分束镜104、透明样品槽105后，被第一反射镜106反射到第二分束镜109处；光束2(第二光束)被第一分束镜104和第二反射镜107反射后，穿过透明参照槽108进入第二分束镜109，然后光束1和光束2进行干涉，由光电探测器110(IGI7X1000S41)测量相干光的干涉情况，并将光信号转换为电信号，而得到相应的电流强度并输入单片机模块111(STC12C5410AD)，使其与标准数据对比，确定其干涉级次，再根据干涉级次计算出被测样品的折射率。最后，通过显示模块112(YG-001)显示计算出的折射率。

需要说明的是，在其他实施例中：

显示模块112可采用其他显示屏，如LCD显示器、OLED显示器，但成本相对有所提升；

单片机模块111可采用其他单片机，如STC89C51；

光源发射器101可采用其他激光器，如法布里珀罗型激光器(FP)。

和附图1所示的现有技术相比，本实施例的有益效果在于：

1、将非光路的电气化测算模组(包括光电探测器110、单片机模块111、显示模块112)与测试光路固定安装在一个外壳100中，而测算模组采用体积较小的IGI7X1000S41、STC12C5410AD、YG-001，在满足折射率的测量要求上，将整个装置的体积大大缩小，便于携带；

2、采用单片机(STC12C5410AD)而不是现有的计算机进行计算，成本大幅度降低；

3、测试光路由直线式的光源发射器101、耦合镜102、准直镜103、第一分束镜104、第一反射镜106和直线式的第二反射镜107、第二分束镜109组成，且第一分束镜104、第一反射镜106、第二分束镜109、第二反射镜107呈矩形分布且具有相同45°倾角，排布更紧密，可在满足折射率的测量要求上，将光路的空间压缩到最小，进一步缩小装置的体积；

4、采用固定式的反射镜(第一反射镜106和第二反射镜107)，相比现有可移动的反射镜，节约了反射镜的移动空间，进一步缩小装置的体积。

整体上，本基础方案提供的一种便携式折射率测量装置，体积较小，易携带，且成本较低，测量精度可达10^-4量级。

实施例2

如附图4所示，本实施例和实施例1的不同之处在于：被测样品200为透明固体，因透明固体具有固定形态，可直接放入光路中进行测量，故本实施例省去了实施例1中的透明样品槽105和透明参照槽108。

本实施例的测量原理在于：光源发射器(DFB)发出的光经过耦合镜102和准直镜103后，在第一分束镜104的作用下依旧被分成两束：光束1(第一光束)经过第一分束镜104、被测样品200后，被第一反射镜106反射到第二分束镜109处；光束2(第二光束)被第一分束镜104和第二反射镜107反射后，直接进入第二分束镜109；然后，这两束光在第二分束镜109处产生干涉，由测算模组进行如实施例1后续折射率的计算。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种便携式折射率测量装置，其特征在于，包括：

外壳；

2.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述光电探测器采用高灵敏度InGaAs光电二极管。

3.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述单片机模块采用STC12C系列单片机。

4.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述显示模块采用LED数码管或LCD显示器。

5.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述光源发射器采用分布反馈半导体激光器。

6.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述被测样品为被所述载体盛装的液体，所述载体为透明样品槽，所述参照体为透明参照槽。

7.如权利要求1所述的一种便携式折射率测量装置，其特征在于：所述被测样品为不需要所述载体的透明固体。