一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪制造技术

本发明专利技术提出了一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪，它由硬质腔体、光源、准直透镜、液体测量腔体、进水口、出水口、电润湿透镜和图像传感器组成。在初始状态时，液体测量腔体中没有液体，光源经过准直透镜后形成平行光束，调节电润湿透镜外部驱动电压，光斑在图像传感器平面聚焦。加入待测液体后，光路发生变化，光斑无法在原图像传感器平面聚焦，再次调节电润湿透镜外部驱动电压，让光斑重新在图像传感器平面上聚焦。根据各元件的位置和几何光学公式可计算出待测液体的折射率。

A Liquid Refractive Index Measuring Instrument Based on Electrowetting Lens

【技术实现步骤摘要】
一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪一、
本专利技术涉及一种液体折射率测量仪，更具体地说，本专利技术涉及一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪。二、
技术介绍
折射率是液体材料的一个重要的光学参数，对液体折射率的准确测量在化工、医药、食品、石化等工业领域都有重要的意义。液体折射测量方法从机理上大概可以分为几何光学测量法和波动光学测量法两种。几何光学测量法是利用光通过液体表面所产生的折射或反射现象，根据折射定律或反射定律进行折射率的测量，这种测量方法较为简单。基于几何光学方法的测量仪器最常见的就是阿贝折射仪，其测量所需液体量非常少，操作简单，精度高，可以直接从刻度盘上读取折射率的值。但是，阿贝折射仪是根据全反射原理来测量的，其所用棱镜的折射率限制了所能测量的范围。波动测量法则是利用光的波动性质与测量液体发生干涉或者衍射进而测量其折射率。基于波动测量法的测量仪器一般较为复杂且操作相对繁琐，对测量液体的使用量要求较多，不适用于稀有金贵液体折射率的测量，此外，该方法易受外界因素的影响，在工业生产中不易实现在线检测，实际工程应用受限。因此就亟待研制一种低成本、操作简单、测量精确和测量范围广的液体折射率测量仪。三、
技术实现思路
本专利技术提出一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪。如附图1所示，该液体折射率测量仪由硬质腔体、光源、准直透镜、液体测量腔体、进水口、出水口、电润湿透镜和图像传感器组成。其中，液体测量腔体由两片光学透镜封装组成。进水口和出水口对称分布在液体测量腔体上，且进水口与出水口直径相同。准直透镜、液体测量腔体和电润湿透镜的几何中心位于同一直线上。基于电润湿透镜的液体折射率测量仪的测量原理如附图1和附图2所示，在初始状态时，液体测量腔体中没有液体，光源经过准直透镜后形成平行光束，通过液体测量腔体，再调节电润湿透镜外部驱动电压，让光斑在图像传感器平面聚焦。加入待测液体后，光路会发生变化，此时，光斑无法在原图像传感器平面聚焦，此时需调节电润湿透镜外部驱动电压，让光斑重新在图像传感器平面上聚焦，如附图2所示。本专利技术中，组成液体测量腔体的两片光学透镜之间距离为t，折射率分别为n1和n2，曲率半径分别为C1和C2；电润湿透镜两种填充液体折射率分别为n3和n4，液-液接触面曲率半径为C3；液体测量腔体中心和电润湿透镜中心之间的距离为d，整个测量系统后焦距为B。根据几何光学可推导出液体测量腔体光焦度和电润湿透镜光焦度分别为：整个测量系统后焦距为B可表示为：综上几式可知待测液体折射率nx为t、d、B、n1、n2、n3和n4的函数，即：nx＝f(t,d,B,n1,n2,n3,n4,C1,C2,C3)(4)其中，C1、C2、n1、n2、n3和n4为已知量；t、d、B可直接测量；C3可根据电润湿透镜曲率和驱动电压测量得到。通过以上公式，可计算出待测液体的折射率。在附图1中所示的液体测量腔体由两片平凸透镜组成，应该注意的是该图仅是示意性的，可根据设计需要由平凹透镜组成或平行板构成，此内容仍属于本专利技术的保护范围。优选地，组成液体测量腔体的两片光学透镜为曲率半径和材料完全相同。优选地，无待测液体时，液体测量腔体填充介质为空气，折射率n0＝1.000。优选地，进水口和出水口的直径R1小于液体测量腔体的两片光学透镜之间距离t。优选地，光源、准直透镜、液体测量腔体、电润湿透镜和图像传感器的光学中心均位于同一条直线上。四、附图说明附图1为基于电润湿透镜的液体折射率测量仪无测量液体时的侧视图。附图2为基于电润湿透镜的液体折射率测量仪填充测量液体后的侧视图。附图3为基于电润湿透镜的液体折射率测量仪的一种实施例光学仿真模拟图。附图4为基于电润湿透镜的液体折射率测量仪的一种实施例中电润湿透镜驱动电压和焦距变化示意图。上述各附图中的图示标号为：1硬质腔体，2光源，3准直透镜，4液体测量腔体，5进水口，6出水口，7电润湿透镜，8图像传感器。应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。五、具体实施方式下面详细说明本专利技术提出的一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪的实施例，对本专利技术进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术做出一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。基于电润湿透镜的液体折射率测量仪由硬质腔体、光源、准直透镜、液体测量腔体、进水口、出水口、电润湿透镜和图像传感器组成。其中，液体测量腔体由两片光学透镜封装组成。进水口和出水口对称分布在液体测量腔体上，且进水口与出水口直径相同。本专利技术的一个实施例为：液体折射率测量仪的硬质腔体由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成，外径为18mm，长度为72mm，腔体内径为1mm；准直透镜为BK7光学玻璃制成，曲率半径为50mm；组成液体测量腔体的两片凸透镜为K9光学玻璃制成，曲率半径为150mm，该实施例的光学仿真模拟图如附图3所示。本实施例中的电润湿透镜型号为Varioptic公司生产的Arctic39N0，其驱动电压和焦距变化示意图如附图4所示。在初试状态时，液体折射率测量仪的液体测量腔体内不加任何液体，光线经准直透镜、液体测量腔体，通过调节电润湿透镜的外部施加电压，使图像传感器接收到的光斑达到最小，此时，电润湿透镜外部施加的电压为48V。当加入浓度为2％的NaCl溶液，调节电润湿透镜外部施加电压，再次使图像传感器接收到的光斑达到最小。此时，电润湿透镜外部施加的电压为53V。通过电润湿透镜的电压与焦距测量表得到对应的焦距，根据ynu光线追迹法计算得到NaCl溶液的折射率为1.348。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪，包括：硬质腔体、光源、准直透镜、液体测量腔体、进水口、出水口、电润湿透镜和图像传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪，包括：硬质腔体、光源、准直透镜、液体测量腔体、进水口、出水口、电润湿透镜和图像传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪，其特征在于，组成液体测量腔体的两片光学透镜曲率半径和材料完全相同。3.根据权利要求1所述的一种基于电润湿透镜的液体折射率测量仪，其特征在于，无待测液体时，液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琼华，刘超，王迪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11