液体折射率的测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种液体折射率测量系统，包括：一激光模组包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置；一分光镜，分别将第一激光器及第二激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，以及第二反射光及第二透射光；一光电探测模组，将第一反射光及第二反射光转换为电信号；一信号处理系统将光电探测模组输入的电信号进行处理；一声光移频模组对第一透射光及第二透射光进行移频；一样品池，所述样品池包括一底面与所述水平面形成一夹角；以及一反射模组设置于第二透射光的光路上，经过反射模组反射及待测液体折射后的第二透射光的传输方向垂直于样品池的底面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测量
，尤其涉及一种利用激光移频回馈技术测量液体折射率的测量系统及测量方法。
技术介绍
折射率是物质最重要的光学参数之一，借助折射率可以了解物质的光学性能、浓度、纯度、温度以及色散等性质。尤其对于液体物质而言，折射率的精确测量在液体浓度、纯度鉴定，食品、医疗、化工、石油等领域都具有重要的意义。阿贝折光仪和V棱镜折光仪是目前最常用的液体折射率测量仪器，它们的原理分别是测量全反射时的临界角和光线出射后的偏折角来计算折射率的大小。这两种方法液体样品都需要和已知折射率的配合棱镜接触，并且测量范围有限（1.3~1.7），需要校准，价格昂贵。另外，现有技术中的液体折射率测量系统和测量方法不能溯源，精度难于进一步提高，测量范围受限或是加工和配制复杂。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种不依赖于配合元件，并具有溯源可能的液体折射率测量系统和测量方法。一种液体折射率测量系统，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理；其中，进一步包括：一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；一样品池，用于承载待测液体并与所述声光移频模组间隔设置，所述样品池包括一底面与所述水平面形成一夹角，从声光移频模组出射的所述第一透射光及第二透射光沿垂直于待测液体液面的方向传输；以及一反射模组，设置于所述声光移频模组与样品池之间，所述反射模组设置于第二透射光的光路上。一种应用如上所述的液体折射率测量系统测量液体折射率的测量方法，包括：将待测液体注入样品池中；调整第一激光器及第二激光器，使所述第一激光器及第二激光器出射激光的光轴垂直于所述待测液体的液面，第一激光器出射的激光经过待测液体表面反射沿原路返回，形成参考回馈光；调整反射模组，使得所述第二激光器输出的激光经过反射模组反射及待测液体折射后垂直于所述样品池的底面的方向入射，被样品池底面反射后沿原路返回，构成测量回馈光；以及，向样品池中再次注入待测液体，使待测液体的液面升高Δh。一种液体折射率测量系统，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理；其中，进一步包括：一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；一样品池，用于承载待测液体并与所述声光移频模组间隔设置，所述样品池包括一底面与水平面平行，从声光移频模组出射的所述第一透射光及第二透射光沿垂直于待测液体液面的方向入射；以及一衰减片，设置于所述声光移频模组与样品池之间，所述衰减片设置于从声光移频模组出射的第二透射光的光路上，对从待测液体表面反射的激光进行衰减。一种应用如上所述的液体折射率测量系统测量液体折射率的测量方法，包括：将待测液体注入样品池中；调整第一激光器及第二激光器，使所述第一激光器及第二激光器输出激光的光轴垂直于所述待测液体的液面；调整第一激光器及第二激光器与所述样品池之间的相对位置，使所述第一激光器输出的激光被待测液体液面反射后沿原路返回形成参考回馈光，所述第二激光器输出的激光入射到所述衰减片；调整衰减片，消减从待测液体的液面反射的激光，使得从反射镜反射的激光沿原路返回，形成测量回馈光；以及，向样品池中再次注入待测液体，使待测液体的液面升高Δh。与现有技术相比较，本专利技术所述的液体折射率的测量系统及其测量方法，利用激光移频回馈的原理来测量折射率，采用外差测相的方法测量液面升高时的光程变化，进一步计算出液体折射率的大小。该方法测量精度高，测量范围广，操作方便，且测量结果不依赖于配合元件的折射率或厚度，具有溯源的潜力。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的液体折射率的测量系统的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的液体折射率的测量方法的流程图。图3为利用图1的测量系统测量液体的方法中液面升高时的光路示意图。图4是本专利技术第二实施例提供的液体折射率的测量系统的结构示意图。图5为本专利技术第二实施例提供的液体折射率的测量方法的流程图。图6为利用图4的测量系统测量液体的方法中液面升高时的光路示意图。主要元件符号说明液体折射率测量系统100，200激光模组1第一激光器11第二激光器12分光镜2光电探测模组3第一光电探测器31第二光电探测器32声光移频模组4第一声光移频器41第二声光移频器42激光分离模组5凹透镜51凸透镜52反射模组6样品池7底面70反射镜71消光元件72信号处理系统8液体注入装置9衰减片10如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术提供的液体折射率的测量系统及测量方法。请参阅图1，本专利技术实施例提供的液体折射率测量系统100，包括一激光模组1，一分光镜2，一光电探测模组3，一移频模组4，一激光分离模组5，一反射模组6，一样品池7及一信号处理系统8。所述激光模组1用于同向输出两束相互平行的激光。本实施例中，所述激光模组1包括一第一激光器11及一第二激光器12间隔设置，所述第一激光器11及第二激光器12输出激光方向平行且同向。所述第一激光器11及第二激光器12可分别为全内腔、半外腔或全外腔，可采用固体激光器或半导体激光器，并且可连续的输出激光。优选的，所述第一激光器11及第二激光器12的工作模式均为单纵模、基横模。本实施例中，所述第一激光器11及第二激光器12采用两个LD泵浦一片Nd:YVO4晶体，输出的两路激光相互平行，间隔为2毫米。所述第一激光器11及第二激光器12的工作模式均为单纵模、基横模、连续输出。所述分光镜2与所述激光模组1间隔设置，且设置于所述第一激光器11及第二激光器12输出激光的光路上。所述分光镜2将激光模组1输出的激光分为反射光及透射光两束，所述反射光用于光强探测，所述透射光用于形成移频回馈光路。具体的，所述分光镜2分别将第一激光器11输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器12输出的激光分为第二反射光及第二透射光。进一步，所述第一反射光与第二反射光平行，所述第一透射光与第二透射光平行。本实施例中，所述分光镜2的透光率为96%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体折射率的测量系统，包括：一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理；其特征在于，进一步包括：一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；一样品池，用于承载待测液体并与所述声光移频模组间隔设置，所述样品池包括一底面与所述水平面形成一夹角，从声光移频模组出射的所述第一透射光及第二透射光沿垂直于待测液体液面的方向传输；以及一反射模组，设置于所述声光移频模组与样品池之间，所述反射模组设置于第二透射光的光路上。

【技术特征摘要】
1.一种液体折射率的测量系统，包括：
一激光模组，包括一第一激光器及一第二激光器间隔设置，输出两束同向且相互平行的激光；
一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置，将第一激光器输出的激光分为第一反射光及第一透射光，将第二激光器输出的激光分为第二反射光及第二透射光；
一光电探测模组，设置于所述第一反射光及第二反射光的光路上，并将第一反射光及第二反射光转换为电信号；
一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处理；
其特征在于，进一步包括：
一声光移频模组，设置于从分光镜出射的第一透射光及第二透射光的光路上，并对第一透射光及第二透射光进行移频；
一样品池，用于承载待测液体并与所述声光移频模组间隔设置，所述样品池包括一底面与所述水平面形成一夹角，从声光移频模组出射的所述第一透射光及第二透射光沿垂直于待测液体液面的方向传输；以及
一反射模组，设置于所述声光移频模组与样品池之间，所述反射模组设置于第二透射光的光路上。
2.如权利要求1所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，所述声光移频模组包括一第一声光移频器及一第二声光移频器沿第一透射光及第二透射光的输出方向间隔设置。
3.如权利要求2所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，所述第一声光移频器与第二声光移频器的移频量小于激光模组的弛豫振荡频率的一半。
4.如权利要求3所述的液体折射率的测量系统，其特征在，所述第一声光移频器与第二声光移频器的移频量小于5MHz。
5.如权利要求2所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，所述第一透射光及第二透射光经过第一声光移频器后发生-1级衍射，经过第二声光移频器后发生+1级衍射，所述第一透射光及第二透射光经过第一声光移频器及第二声光移频器后的移频量为Ω，其中Ω=Ω2-Ω1，Ω1是第一声光移频器的驱动信号频率，Ω2为第二声光移频器的驱动信号频率。
6.如权利要求1所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，进一步包括一反射镜设置于所述样品池的底面，将入射到样品池底面的第二透射光进行反射，使其按原光路返回。
7.如权利要求1所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，进一步包括一激光分离模组设置于声光移频模组与样品池之间，且与所述声光移频模组及样品池间隔设置，以将第一透射光及第二透射光进一步分离。
8.如权利要求1所述的液体折射率的测量系统，其特征在于，从激光模组出射的激光来回两次经过声光移频器之后的频率变化与激光模组的弛豫振荡频率的比值为1/20至2/5。
9.一种应用权利要求1所述的液体折射率的测量系统测量液体折射率的测量方法，包括：
将待测液体注入样品池中；
调整第一激光器及第二激光器，使所述第一激光器及第二激光器出射激光的光轴垂直于所述待测液体的液面，第一激光器出射的激光经过待测液体表面反射沿原路返回，形成参考回馈光；
调整反射模组，使得所述第二激光器输出的激光经过反射模组反射及待测液体折射后垂直于所述样品池的底面的方向入射，被样品池底面反射后沿原路返回，构成测量回馈光；以及，
向样品池中再次注入待测液体，使待测液体的液面升高Δh。
10.一种液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈宜东，徐玲，张书练，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11