一种大量程范围的折射率测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种折射率测量装置，包括：单色角点光源照明模块，用于产生进行测量的两束光束；参考光路模块，其中一束作为参考光入射到该参考光路模块中，经全反射后出射带有原始光场信息的参考信息光；探测模块，其与待测物接触形成介质面，另一束光束作为探测光入射到探测模块并经介质面反射后出射耦合有待测物质折射率信息的探测信息光；反射光能量收集模块，分别接收参考信息光和探测信息光，并转换为电信号；以及图像处理模块，其对两路图像进行比较，得到相对反射率分布，可提取出待测物质的折射率信息。本实用新型专利技术的装置和方法具有测量范围大、可普遍适用于气体、液体以及玻璃材料等物质的折射率测量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种折射率测量装置，包括：单色角点光源照明模块，用于产生进行测量的两束光束；参考光路模块，其中一束作为参考光入射到该参考光路模块中，经全反射后出射带有原始光场信息的参考信息光；探测模块，其与待测物接触形成介质面，另一束光束作为探测光入射到探测模块并经介质面反射后出射耦合有待测物质折射率信息的探测信息光；反射光能量收集模块，分别接收参考信息光和探测信息光，并转换为电信号；以及图像处理模块，其对两路图像进行比较，得到相对反射率分布，可提取出待测物质的折射率信息。本技术的装置和方法具有测量范围大、可普遍适用于气体、液体以及玻璃材料等物质的折射率测量。【专利说明】一种大量程范围的折射率测量装置
本技术属于光学折射率测量
，具体涉及一种光学折射率测量仪和测量方法，适用于折射率值在1.0-3.0范围的气体，液体以及玻璃材料的折射率的测量。技术背景折射率是表征物质性质的基本物理量，常用于光学、化学、新材料合成、物质鉴别等工程领域和科学研究等领域，其与物质的密度、浓度、温度以及应力等物理量有关。折射率的测量相对于其它的物理量的测量更易于实现，测量折射率成为人们获取其它与物质组成疏密程度相关参数的重要间接方法。物质折射率和物体内分子数有很大的关系，通过对物质折射率的分析可以更好的了解物质的组成信息，也可以对物质的物理和化学性质做出定性的分析。介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。目前，物质折射率的测量方法主要分为波动光学、SPR技术、光纤传感技术、临界角法。对气体介质，常用精密度更高的干涉法(迈克尔逊干涉仪)。对液体介质，常用临界角法(阿贝折射仪)；对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法；气体折射率采用波动光学中迈克尔逊干涉仪进行测量，该方法优点是精度高，但该方法测量范围较小不能兼顾液体和玻璃等材料，可实现性差、对设备使用环境要求较高不适合工业场合应用。液体折射率一般可采用SPR技术、光纤传感技术以及临界角法进行精确的测量。但是液体的腐蚀性限制了 SPR技术和光纤传感技术的应用，临界角法可通过合理选择玻璃材料实现一些腐蚀性液体的折射率测量。临界角法的优点在于测量范围宽、精度高、易于在线的工业检测。阿贝折光计作为可以测量液体和玻璃的仪器是应用最广泛的，它设备体积小且精度高、抗外界干扰强，量程为1.3000 - 1.7000，这造成其无法测量一些气态物质和一些折射率高于1.7的液体以及折射率较大的玻璃或者晶体材料。CN102012359公开了一种发散型临界角发测量液体参数的方法。该方法是通过微分法处理反射光斑明暗界限，从而实现液体折射率信息的测量。该方法的测量范围由入射角和棱镜的折射率决定。当液体折射率大于1.5时，该装置的反射光斑中不存在明暗界限，从而导致该装置失效。现有的临界角折射率测量装置和方法是通过高折射率的棱镜来测量低折射的待测物质，这造成测量精度及范围上无法做到权衡。在常温常压下，气体折射率处于，液体折射率处于，玻璃材料折射率处于。由于三者物质所处的折射率区间差别较大，这导致测气体折射率的装置无法对液体或者玻璃材料折射率进行有效地测量。在有机化学反应和新物质的合成中，经常需要对反应物和生成物的折射率进行测量来保证化学反应的正常进行。一般情况下，反应物和生成物的所处折射率范围跨度较大，无法通过现有的单一的折射率测量装置来完成测量。在激光生命科学领域，往往需要通过生物组织的折射率来对组织的生物特性进行定性研究。不同部位的生物组织的折射率值相差较大。这导致有些折射率值超出现有测量装置的生物组织无法进行测量，限制了生物组织的光学特性的研究。现有的部分测量折射率的方法在结构设计和测量精度及范围上无法做到权衡，在测量气体、液体和玻璃等物质上不能兼得。
技术实现思路
本技术目的在于提出一种折射率测量装置，可以实现全域范围内的折射率测量，其以反射型发散临界角法装置为基础，可测量从气体，液体，生物组织到玻璃材料全域范围内的折射率测量。为实现本技术的目的，所提供一种普适全域折射率的测量装置，用于实现从气体、液体到玻璃材料的全域折射率的测量，其包括:单色角点光源照明模块，其用于产生进行测量的两束光束；参考光路模块，用于生成参考光，即所述单色角点光源照明模块产生的其中一束光束作为参考光入射到该参考光路模块中，经全反射后出射具有原始光场信息的参考信息光;探测模块，其底面与待测物接触形成介质面，所述单色角点光源照明模块产生的的另一束光束作为探测光入射到该探测模块并经其介质面反射后出射耦合有所述待测物质折射率信息的探测信息光；反射光能量收集模块，其用于分别接收所述参考信息光和探测信息光，并各自将其转换为电信号；以及图像处理模块，其对转换为电信号的两路图像进行比较，得到相对反射率分布曲线，经处理即可提取出待测物质的折射率信息。作为本技术的进一步优选，所述参考光路模块优选为三角棱镜，其底面斜边上镀有铝反射膜形成反射面，所述参考光在该底面上发生全反射。作为本技术的进一步优选，所述探测模块优选为三角棱镜，其底面斜边与待测物接触形成介质面，所述探测光入射到该介质面被反射，待测物的折射率信息被调制到反射光中。作为本技术的进一步优选，根据所述反射率分布曲线可获得相对反射光能量分布，根据该相对反射光能量分布可得到其与待测物折射率关系，从而得到待测物的折射率。作为本技术的进一步优选，在待测物折射率小于阈值折射率值时，所述探测光斑的图像中存在一条明暗界限，通过微分法即可提取出该界限位置，从而获得待测物折射率。作为本技术的进一步优选，在待测物折射率大于或者等于阈值折射率时，反射光斑光强分布呈现渐进分布，明暗界限消失，同时光强随入射角度变化率与待测物折射率存在一一对应关系，可通过反射光斑的傅里叶特征法提取折射率信息。作为本技术的进一步优选，所述参考光路模块为底面镀有铝反射膜的光学棱镜，所述探测模块为与参考光路中尺寸相同的棱镜，其为与参考光路中尺寸相同的棱镜，底面上无镀反射膜。按照本技术的另一方面提供一种普适全域折射率的测量方法，用于实现从气体、液体到玻璃材料的全域折射率的测量，该方法具体包括如下步骤:产生进行测量的两束光束；一束光束作为参考光入射到棱镜中，经其镀有铝反射膜的底面进行全反射，出射的参考信息光含有原始的光场信息；另一束光束作为探测光入射到探测棱镜，经其与待测物接触的底面形成介质面上反射，出射耦合有所述待测物质折射率信息的探测信息光；对出射的所述参考信息光和探测信息光进行收集并转换为电信号，并对两路电信号进行比较，得到相对反射率分布曲线，经处理即可提取出待测物质的折射率信息。作为本技术的进一步优选，根据所述反射率分布曲线可获得相对反射光能量分布，根据该相对反射光能量分布可得到其与待测物折射率关系，从而得到待测物的折射率。作为本技术的进一步优选，在待测物折射率小于阈值折射率值时，所述探测光斑的图像中存在一条明暗界限，通过微分法即可提取出该界限信息，从而获得待测物折射率。作为本技术的进一步优选，在待测物折射率大于或者等于阈值折射率时，反射光斑光强分布呈现渐进分布，明暗界限消失，同时光强随入射角度变化率与待测物折射率存在一一对应关系，可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折射率测量装置，可实现从气体、液体到玻璃材料的全域范围内折射率的测量，其特征在于，包括：单色角点光源照明模块（1），其用于产生进行测量的两束光束；参考光路模块（3），其用于生成参考光，即所述单色角点光源照明模块（1）产生的两束光束中的其中一束作为参考光入射到该参考光路模块（3）中，经全反射后出射带有原始光场信息的参考信息光；探测模块（2），其与待测物接触形成介质面（S2），所述单色角点光源照明模块（1）产生的另一束光束作为探测光入射到该探测模块（2）并经该介质面（S2）反射后出射耦合有所述待测物质折射率信息的探测信息光；反射光能量收集模块（4），其用于分别接收所述参考信息光和探测信息光，并各自将其转换为电信号；以及图像处理模块（5），其对转换为电信号的两路图像进行比较，得到相对反射率分布，经处理即可提取出待测物质的折射率信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨克成，叶骏伟，夏珉，李微，郭文军，刘昊，阮丛喆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：