CN217901552U - 基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，它包括扩束镜、分光镜、补偿镜、比色皿、数显角度仪、第一反光镜、第二反光镜、观察屏和光电探测器；本实用新型用螺旋微调装置驱动数显角度仪带动比色皿转动，光程差将发生改变，干涉图样也随之改变。利用光电传感器自动记录干涉图样，通过电脑及软件自动分析，获得干涉条纹变化情况。利用本实用新型能够测量各种透明溶液的折射率，即使酸碱等腐蚀性溶液也不影响其使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱测量技术领域，具体地指一种基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置。
背景技术
折射率是物质的重要光学参数之一，借助折射率能了解物质的光学性能、纯度、浓度以及色散等性质。在化工、医药、食品、石油等工业部门及高校实验中，经常需要测定一些溶液的折射率。因此，对液体折射率的准确测量，具有重要的理论意义和现实意义。
溶液折射率测量方法较多，激光照射法、衍射光栅法、光纤杨氏干涉法、掠面入射法和CCD测量法等。其中应用最多的是掠面入射法，该法是根据全反射原理，通过测量处于临界角光线的出射角，计算出待测溶液折射率，阿贝折射仪即是该方法代表。阿贝折射仪只能测量折射率在1.3～1.7范围内溶液，超过这个范围将无法测量；酸碱等腐蚀性液体也不能使用阿贝折射仪，限制其使用范围。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，利用该装置能够测量各种透明溶液的折射率，即使酸碱等腐蚀性溶液也不影响其使用。
为实现此目的，本实用新型所设计的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，它包括扩束镜、分光镜、补偿镜、比色皿、数显角度仪、第一反光镜、第二反光镜、观察屏和光电探测器；
其中，分光镜位于扩束镜与补偿镜之间，补偿镜位于分光镜与比色皿之间，比色皿位于补偿镜与第一反光镜之间，第二反光镜位于分光镜的一侧，观察屏位于分光镜的另一侧；
分光镜的光轴分别与扩束镜、补偿镜、第二反光镜和观察屏的光轴对应，比色皿的光轴与补偿镜的光轴对应，比色皿的光轴与第一反光镜对应；
比色皿固定在数显角度仪的转动机构上，数显角度仪的转动机构旋转，带动比色皿转动；
光电探测器用于感应观察屏上的干涉条纹的条数。
所述扩束镜用于将激光光源输出的激光信号放大为面光源，分光镜用于将面光源分成光强度相等且相互垂直的透射光和反射光，其中反射光为第一光束，透射光为第二光束；
补偿镜用于对第二光束进行第一次光程补偿，比色皿固定在数显角度仪的转动机构上，数显角度仪的转动机构旋转，带动比色皿转动到预设偏转角度；
在比色皿空载情况下，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿的光学面第一次穿透空载比色皿，第一反光镜用于将穿透空载比色皿的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿的光学面第二次穿透空载比色皿，补偿镜用于对第二次穿透空载比色皿的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏上，第二反光镜用于将第一光束进行反射，分光镜用于将反射的第一光束透射到观察屏上，反射到观察屏上的第二光束与透射到观察屏上的第一光束在观察屏上干涉形成基于空载比色皿的干涉条纹；
在比色皿中盛装待测溶液样品情况下，并通过数显角度仪带动比色皿转动到预设偏转角度，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿的光学面第一次穿透待测溶液样品，第一反光镜用于将穿透待测溶液样品的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿的光学面第二次穿透待测溶液样品，补偿镜用于对第二次穿透待测溶液样品的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏上，反射到观察屏上的第二光束与透射到观察屏上的第一光束在观察屏上干涉形成基于待测溶液样品的干涉条纹；
光电探测器用于感应基于待测溶液样品的干涉条纹与基于空载比色皿的干涉条纹之间的条纹数差值。
本实用新型用螺旋微调装置驱动数显角度仪带动比色皿转动，光程差将发生改变，干涉图样也随之改变。利用光电传感器自动记录干涉图样，通过电脑及软件自动分析，获得干涉条纹变化情况。
由于采用双光束干涉法架构基础光路，而且采用激光作为干涉光源，使得本实用新型具有光路结构简单、测量范围广、测量精度高、测量过程安全、测量结果可靠等特点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中，1—激光光源、2—扩束镜、3—分光镜、4—补偿镜、5—比色皿、6—数显角度仪、7—螺旋微调装置、8—第一反光镜、9—第二反光镜、10—观察屏、11—光电探测器、12—电脑。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
如图1所示的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，它包括扩束镜2、分光镜3、补偿镜4、比色皿5、数显角度仪6、螺旋微调装置7、第一反光镜8、第二反光镜9、观察屏10、光电探测器11和电脑12；
其中，分光镜3位于扩束镜2与补偿镜4之间，补偿镜4位于分光镜3与比色皿5之间，比色皿5位于补偿镜4与第一反光镜8之间，第二反光镜9位于分光镜3的一侧，观察屏10位于分光镜3的另一侧；
分光镜3的光轴分别与扩束镜2、补偿镜4、第二反光镜9和观察屏10的光轴对应，比色皿5的光轴与补偿镜4的光轴对应，比色皿5的光轴与第一反光镜8的光轴对应；
比色皿5固定在数显角度仪6的转动机构上，数显角度仪6的转动机构旋转，带动比色皿5转动；
光电探测器11用于感应观察屏10上的干涉条纹的条数。
所述扩束镜2用于将激光光源1输出的激光信号放大为面光源，分光镜3用于将面光源分成光强度相等且相互垂直的透射光和反射光，其中反射光为第一光束，透射光为第二光束；
补偿镜4用于对第二光束进行第一次光程补偿，比色皿5固定在数显角度仪6的转动机构上，螺旋微调装置7的驱动端用于驱动数显角度仪6的转动机构旋转，从而带动比色皿5转动到预设偏转角度，比色皿5通过底座固定在数显角度仪6的一条边(转动机构)上，然后用螺旋微调装置7驱动数显角度仪6的一条边(有比色皿的边)旋转，因此比色皿5跟着旋转，光通过溶液的距离发生变化，即光程差发生改变。数显角度仪6选用syntek盛泰芯200mm升级款，螺旋微调装置7选用syntek盛泰芯0-25mm螺旋微调装置；
在比色皿5空载情况下，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿5的光学面第一次穿透空载比色皿，第一反光镜8用于将穿透空载比色皿的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿5的光学面第二次穿透空载比色皿，补偿镜4用于对第二次穿透空载比色皿的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜3用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏10上，第二反光镜9用于将第一光束进行反射，分光镜3用于将反射的第一光束透射到观察屏10上，反射到观察屏10上的第二光束与透射到观察屏10上的第一光束在观察屏10上干涉形成基于空载比色皿的干涉条纹，第一光束和第二光束由同一光源发出，频率相同，振动方向一致，两束光在观察屏10相遇，由光程差(即相位差)决定干涉图样；
在比色皿5中盛装待测溶液样品情况下，并通过数显角度仪6带动比色皿5转动到预设偏转角度，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿5的光学面第一次穿透待测溶液样品，第一反光镜8用于将穿透待测溶液样品的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿5的光学面第二次穿透待测溶液样品，补偿镜4用于对第二次穿透待测溶液样品的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜3用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏10上，反射到观察屏10上的第二光束与透射到观察屏10上的第一光束在观察屏10上干涉形成基于待测溶液样品的干涉条纹(因为透明溶液折射率不同从而导致光程发生改变)；
光电探测器11用于感应基于待测溶液样品的干涉条纹与基于空载比色皿的干涉条纹之间的条纹数差值，记录明暗条纹变化情况，从而反映光程差变化情况。电脑12分析干涉条纹变化，计算出透明溶液折射率n。
上述技术方案中，所述分光镜3面向补偿镜4的一面涂有透明膜。使其能够将入射光分成强度近似相等的透射光和反射光。
上述技术方案中，所述补偿镜4厚度与分光镜3厚度相等。补偿镜4没有涂膜，用于补偿第一光束比第二光束多走分光镜3两次的光程。
上述技术方案中，所述第一反光镜8和第二反光镜9的表面均涂有增透膜。使得透射相消，反射加强。
上述技术方案中，所述分光镜3和补偿镜4平行，分光镜3和补偿镜4均与水平方向呈45°夹角。
上述技术方案中，所述第一反光镜8与第二反光镜9呈90°夹角，第一反光镜8和第二反光镜9均与分光镜3呈45°夹角。
上述技术方案中，所述比色皿5光学面与第一反光镜8的镜面平行。
上述技术方案中，所述数显角度仪6的转动机构旋转角度范围为0～20°。
上述技术方案中，所述数显角度仪6的转动机构转动时，数显角度仪6能够自动显示转过的角度。
上述技术方案中，所述第一反光镜8和第二反光镜9都具有平面定向螺钉，可以微调镜面倾向角度。第一反光镜8和第二反光镜9都还具有微调螺杆，可以微调镜面位置。
本实用新型的工作过程为：扩束镜2将激光光源1输出的激光信号放大为面光源，分光镜3将面光源分成光强度相等且相互垂直的透射光和反射光，其中反射光为第一光束，透射光为第二光束，补偿镜4对第二光束进行第一次光程补偿，螺旋微调装置7的驱动端驱动数显角度仪6的转动机构旋转，带动比色皿5转动到预设偏转角度；
在比色皿5空载情况下，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿5的光学面第一次穿透空载比色皿，第一反光镜8将穿透空载比色皿的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿5的光学面第二次穿透空载比色皿，补偿镜4对第二次穿透空载比色皿的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜3将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏10上，第二反光镜9将第一光束进行反射，分光镜3将反射的第一光束透射到观察屏10上，反射到观察屏10上的第二光束与透射到观察屏10上的第一光束在观察屏10上干涉形成基于空载比色皿的干涉条纹；
将比色皿5中盛装待测溶液样品，通过数显角度仪6带动比色皿5转动到预设偏转角度，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿5的光学面第一次穿透待测溶液样品，第一反光镜8将穿透待测溶液样品的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿5的光学面第二次穿透待测溶液样品，补偿镜4对第二次穿透待测溶液样品的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜3将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏10上，反射到观察屏10上的第二光束与透射到观察屏10上的第一光束在观察屏10上干涉形成基于待测溶液样品的干涉条纹；
光电探测器11感应基于待测溶液样品的干涉条纹与基于空载比色皿的干涉条纹之间的条纹数差值，记录明暗条纹变化情况，从而反映光程差变化情况。电脑12分析干涉条纹变化，利用公式(1)能够计算出透明溶液折射率n；
其中，N1表示比色皿预设偏转角度下盛装的待测溶液对应的干涉条纹条数，N2表示比色皿预设偏转角度下比色皿空载时(即比色皿及中间空气)对应的干涉条纹条数，ΔN＝N1-N2，t为比色皿内径长度，θ为比色皿偏转角度(也是光的入射角)，λ为光源波长。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：它包括扩束镜(2)、分光镜(3)、补偿镜(4)、比色皿(5)、数显角度仪(6)、第一反光镜(8)、第二反光镜(9)、观察屏(10)和光电探测器(11)；
其中，分光镜(3)位于扩束镜(2)与补偿镜(4)之间，补偿镜(4)位于分光镜(3)与比色皿(5)之间，比色皿(5)位于补偿镜(4)与第一反光镜(8)之间，第二反光镜(9)位于分光镜(3)的一侧，观察屏(10)位于分光镜(3)的另一侧；
分光镜(3)的光轴分别与扩束镜(2)、补偿镜(4)、第二反光镜(9)和观察屏(10)的光轴对应，比色皿(5)的光轴与补偿镜(4)的光轴对应，比色皿(5)的光轴与第一反光镜(8)的光轴对应；
比色皿(5)固定在数显角度仪(6)的转动机构上，数显角度仪(6)的转动机构旋转，带动比色皿(5)转动；
光电探测器(11)用于感应观察屏(10)上的干涉条纹的条数。
2.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：它还包括螺旋微调装置(7)，所述扩束镜(2)用于将激光光源(1)输出的激光信号放大为面光源，分光镜(3)用于将面光源分成光强度相等且相互垂直的透射光和反射光，其中反射光为第一光束，透射光为第二光束；
补偿镜(4)用于对第二光束进行第一次光程补偿，比色皿(5)固定在数显角度仪(6)的转动机构上，螺旋微调装置(7)的驱动端用于驱动数显角度仪(6)的转动机构旋转，带动比色皿(5)转动到预设偏转角度；
在比色皿(5)空载情况下，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿(5)的光学面第一次穿透空载比色皿，第一反光镜(8)用于将穿透空载比色皿的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿(5)的光学面第二次穿透空载比色皿，补偿镜(4)用于对第二次穿透空载比色皿的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜(3)用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏(10)上，第二反光镜(9)用于将第一光束进行反射，分光镜(3)用于将反射的第一光束透射到观察屏(10)上，反射到观察屏(10)上的第二光束与透射到观察屏(10)上的第一光束在观察屏(10)上干涉形成基于空载比色皿的干涉条纹；
在比色皿(5)中盛装待测溶液样品情况下，并通过数显角度仪(6)带动比色皿(5)转动到预设偏转角度，第一次光程补偿的第二光束通过比色皿(5)的光学面第一次穿透待测溶液样品，第一反光镜(8)用于将穿透待测溶液样品的第二光束进行反射，反射的第二光束通过比色皿(5)的光学面第二次穿透待测溶液样品，补偿镜(4)用于对第二次穿透待测溶液样品的第二光束进行第二次光程补偿，分光镜(3)用于将第二次光程补偿后的第二光束反射到观察屏(10)上，反射到观察屏(10)上的第二光束与透射到观察屏(10)上的第一光束在观察屏(10)上干涉形成基于待测溶液样品的干涉条纹；
光电探测器(11)用于感应基于待测溶液样品的干涉条纹与基于空载比色皿的干涉条纹之间的条纹数差值。
3.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述分光镜(3)面向补偿镜(4)的一面涂有透明膜。
4.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述补偿镜(4)厚度与分光镜(3)厚度相等。
5.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述第一反光镜(8)和第二反光镜(9)的表面均涂有增透膜。
6.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述分光镜(3)和补偿镜(4)平行，分光镜(3)和补偿镜(4)均与水平方向呈45°夹角。
7.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述第一反光镜(8)与第二反光镜(9)呈90°夹角，第一反光镜(8)和第二反光镜(9)均与分光镜(3)呈45°夹角。
8.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述比色皿(5)光学面与第一反光镜(8)的镜面平行。
9.根据权利要求1所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述数显角度仪(6)的转动机构旋转角度范围为0～20°。
10.根据权利要求9所述的基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置，其特征在于：所述数显角度仪(6)的转动机构转动时，数显角度仪(6)能够自动显示转过的角度。
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| CN202221633266.6U CN217901552U (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 基于双光束干涉法的透明溶液折射率测量装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115508312A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-23 | 华中农业大学 | 透明溶液折射率的测量装置和方法 |
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2022
- 2022-06-27 CN CN202221633266.6U patent/CN217901552U/zh active Active
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