一种快速定标模块及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种快速定标模块及应用，涉及光电技术与光学仪器领域。快速定标模块包括多个玻璃块，多个所述玻璃块相互胶合以形成至少一个完整的用于进行标定的工作平面，并该工作平面上具有多个相互平行的细缝，所述玻璃块的折射率均不相同；工作平面的相互平行的玻璃块用于与光斑相对扫过，光斑中的部分光线发生全反射并部分光线发生折射，以能形成明暗界线，利用明暗界线的位置和多个玻璃块的折射率完成定标。本发明专利技术中快速定标模块可用于临界角型折光计的标定和表面等离子体传感器的标定。

【技术实现步骤摘要】
一种快速定标模块及应用
本专利技术涉及光电技术与光学仪器领域，更具体地涉及一种快速定标模块及应用，用于临界角折光计的标定和SPR传感器的标定。
技术介绍
传感器的标定是指通过试验建立传感器输出与输入之间的关系，标定还能确定在不同使用条件下传感器输出与输入之间关系是否存在误差。标定能确定仪器或测量系统的输入与输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；能确定仪器或测量系统的静态特性指标；能消除系统误差，改善仪器或系统的精确度。在科学测量中，标定是一个不容忽视的重要步骤。传感器标定的基本方法是将已知的量作为待标定传感器的输入，并获得输出量，对获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一系列表征两者对应关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。标定包括以下两种方法：绝对标定法和比较标定法。绝对标定法是通过高精度的设备产生并赋予一个分度值，即进行了标定。例如将一米标定为光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度可理解为一种绝对标定。这种标定方法尽管精度较高，但是标定的过程及步骤都比较复杂。比较标定法则是用绝对标定法标定好的、标定精度比待标定传感器高一级的传感器来进行比较标定，这种方法比较简单易行，但是相比绝对标定法来说其精度较低。在实际的折光计的标定方法中，使用较多的一种方法是通过配制已知折射率的液体进行标定，进而获得标定曲线。但是，(1)利用配制的液体进行标定的方法比较复杂，进行标定的时候需要配制至少5种以上不同折射率的溶液；(2)传感器经过一段时间使用，需再次进行标定以保证测量精确度，这时还需要用到不同折射率的溶液。但是上一次配置的液体难以长期保存因而需要重新配制溶液，仅仅配置溶液就需要耗费大量时间。因此该种方法的标定比较耗时，且过程复杂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于折光计的快速标定装置及方法，其目的在于设计出玻璃组模块，利用入射光束照射在不同折射率的玻璃上，使光束发生折射和反射以形成具有明暗界线的图像，并进而得到明暗界线与折射率的关系，从而能完成折光计的标定，由此解决目前标定方法需要配置多种溶液、且存在反复配置溶液而导致的标定耗时和复杂的问题，还能解决SPR角的标定问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种快速定标模块，其特征在于，包括多个玻璃块，多个所述玻璃块相互胶合以形成至少一个完整的用于进行标定的工作平面，并该工作平面上具有多个相互平行的由玻璃块贴合形成的细缝，所述玻璃块的折射率均不相同；工作时，发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝，光斑中的部分光线发生全反射并部分光线发生折射，以能形成明暗界线，利用明暗界线的位置和多个玻璃块的折射率完成定标。进一步的，多个所述玻璃块上的与所述工作平面相对的面上均涂覆有吸光涂层，以用于吸收折射光。进一步的，多个所述玻璃块均呈矩形体。进一步的，多个所述呈矩形体的玻璃块的宽度相同或/和长度相同。进一步的，其包括五个呈矩形体的玻璃块，所述玻璃块的长边相互平行并按照折射率大小的依次顺序或者折射率大小的间隔顺序铺展并胶合为整体。进一步的，所述吸光涂层的材料为表面粗糙的黑色吸光材料，厚度为0.1mm～3mm。按照本专利技术的第二个方面，提供了一种快速定标模块的应用方法，其特征在于，将该快速定标模块胶合在折光计的棱镜的底面，并使从棱镜一个腰面入射的发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次经过所述工作平面的各个细缝，所述光斑的光线入射角不同且多个玻璃块的折射率不同，使得部分光线发生全反射并部分光线发生折射，以此方式，使得从折光计棱镜另一个腰面射出的光线形成的图像中具有分别与多个玻璃块一一对应的多条明暗界线，利用明暗界线的位置与多个玻璃块的折射率的对应关系获得标定曲线，以此标定曲线实现对折光计的标定。进一步的，使用时，移动所述快速定标模块，以使从棱镜一个腰面入射的发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝。按照本专利技术的第三个方面，提供了一种快速定标模块的应用，其特征在于，将该快速定标模块胶合在SPR传感器棱镜底面的金属膜上，并使从棱镜一个腰面入射的发散光束或者发散光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝，所述光斑的光线入射角不同，使得一部分光线在棱镜底面的金属膜中发生SPR共振并使反射光减弱，另一部分光线在棱镜底面的金属膜中发生全反射而不会使光强减弱，所述一部分光线和另一部分光线经过棱镜另一腰面汇聚后形成一条暗线，所述多个玻璃块对应获得多个暗线位置，将暗线位置与SPR角一一对应，实现对SPR传感器中SPR角的标定。进一步的，移动所述快速定标模块，以使从棱镜一个腰面入射的发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝。本专利技术中，在对折光计进行标定时，通过人工操作或外界机械辅助装置，使得该快速定标模块沿平行于明暗界线的方向进行匀速移动，使得光斑完全覆盖在多个玻璃块及玻璃块间的细缝上，并依次扫过这些玻璃块。由于快速定标模块会沿折射率变化的方向做匀速运动，因此可以在较短的时间内捕捉得到多种不同折射率对应的明暗界线的位置。同时，由于多块不同折射率的玻璃块在进行实验之前就已经按顺序拼接并胶合好，因此获得的光斑上的明暗界线位置的变化仅仅是由于临界角的变化引起的，排除了由于玻璃块位置的误差导致的明暗界线位置的变化。最终利用多组数据获得折射率与明暗界线位置的标定曲线，完成折光计的标定。本专利技术中，在对SPR传感器进行标定时，利用外界机械辅助装置操作快速定标模块，使得该快速定标模块沿折射率变化的方向进行匀速移动，将快速定标模块未涂覆吸光层的一面与SPR传感器中棱镜上的金属层贴合，SPR传感器中的光学系统发出发散光线或汇聚光线，使一部分光线在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，入射角接近SPR角的光线会在金属膜中产生消失波，消失波与表面等离子波发生共振，使反射光强会大幅度地减弱。此时的能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少，此时光线的入射角为共振角，也可以称为SPR角。实际中，SPR角随金属膜表面折射率变化而变化。另一部分光线在金属膜中也发生全反射，但是其入射角与SPR角相差较大，不会发生SPR共振，因此不会在金属膜中产生消失波，对反射的光强不会由很大幅度的减弱。仅仅是入射角接近SPR角的光线的光强会下降，因此光线经过棱镜另一腰面汇聚后形成了明亮光斑中的一条暗线。多个玻璃块对应获得光斑中不同的暗线位置，通过将暗线位置与折射率一一对应，最终完成对SPR传感器中SPR角的标定。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得下列有益效果：1、利用的是能够长期保存的玻璃作为标定物，玻璃与溶液相比不易变质，且可多次重复使用，解决了配置多种溶液、且存在反复配置溶液而导致的标定耗时复杂的问题，能够更快的通过单次操作完成标定过程，大幅度提高了标定效率。2、多个玻璃块拼接并胶合为一体，使用时整体移动快速定标模块，不会造成多个玻璃块由于标定时位置变化带来的误差，即本专利技术中，多个玻璃块整体移动，消除了位置变化带来的误差，提高了标定精度。3、在对SPR传感器中SPR角的标定中，通过多个玻璃块整体与SPR传感器棱镜表面金属膜的贴合，可以更快的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速定标模块，其特征在于，包括多个玻璃块，多个所述玻璃块相互胶合以形成至少一个完整的用于进行标定的工作平面，并该工作平面上具有多个相互平行的由玻璃块贴合形成的细缝，所述玻璃块的折射率均不相同；工作时，发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝，光斑中的部分光线发生全反射并部分光线发生折射，以能形成明暗界线，利用明暗界线的位置和多个玻璃块的折射率完成定标。

【技术特征摘要】
1.一种快速定标模块，其特征在于，包括多个玻璃块，多个所述玻璃块相互胶合以形成至少一个完整的用于进行标定的工作平面，并该工作平面上具有多个相互平行的由玻璃块贴合形成的细缝，所述玻璃块的折射率均不相同；工作时，发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝，光斑中的部分光线发生全反射并部分光线发生折射，以能形成明暗界线，利用明暗界线的位置和多个玻璃块的折射率完成定标。2.如权利要求1所述的一种快速定标模块，其特征在于，多个所述玻璃块上的与所述工作平面相对的面上均涂覆有吸光涂层，以用于吸收杂散光。3.如权利要求1所述的一种快速定标模块，其特征在于，多个所述玻璃块均呈矩形体。4.如权利要求3所述的一种快速定标模块，其特征在于，多个所述呈矩形体的玻璃块的宽度相同或/和长度相同。5.如权利要求2所述的一种快速定标模块，其特征在于，其包括五个呈矩形体的玻璃块，所述玻璃块的长边相互平行并按照折射率大小的依次顺序或者折射率大小的间隔顺序铺展并胶合为整体。6.如权利要求2所述的一种快速定标模块，其特征在于，所述吸光涂层的材料为粗糙的黑色吸光材料，厚度为0.1mm～3mm。7.如权利要求1-6之一所述的一种快速定标模块的应用方法，其特征在于，将该快速定标模块胶合在折光计的棱镜的底面，并使从棱镜一个腰面入射的发散光束或者汇聚光束形成的光斑依次扫过所述工作平面的各个细缝，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文平，虞健，杨克成，夏珉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42