本实用新型专利技术公开了一种液体折射率的测量装置，包括光源，光源用于发出平行光束，半透半反镜设置在光路上，半透半反镜将光源发出的水平光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射在待测液柱，经散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD用于记录待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD和第二线阵CCD均与计算机连接；第二光束照射在平面镜上，经平面镜反射后照射在标准液柱上，经散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD用于记录标准液体的彩虹分布；本实用新型专利技术通过平行光束照射标准液柱和待测液柱，平行在标准液柱和待测液柱处，分别形成一阶彩虹，通过对标准液柱和待测液柱处的一阶彩虹解析得到待测液体的折射率，易于操作。
A device for measuring refractive index of liquid
【技术实现步骤摘要】
一种液体折射率的测量装置
本技术属于光学测量
，特别涉及一种液体折射率的测量装置。
技术介绍
在物质众多光参数中，折射率非常重要，物质的纯度、浓度和色散等性质都能通过折射率进行了解，除此折射率还与热光系数等一些参数有着密切联系；折射率的精准测量在化工厂、制药厂和食品厂等工业部门具有重要意义。现有技术中，液体折射率的测量方法多种多样，常见方法有：1、激光照射法，激光照射法测量折射率时需要液体的折射和液体表层的反射；具体测量过程是激光器以一定角度照射样品池里水平放置的玻璃板，经过测量墙上几个光斑间的距离，利用几何知识可以得到入射角，再将这些数据代入由Snell定律和相关几何关系推导出的液体折射率计算公式中，就可以得出此液体的折射率；缺点：光斑中心位置不能准确确定，测量结果误差较大；2、衍射光栅法，通过衍射光栅法测量液体折射率时需用到激光、衍射光栅和立方体玻璃样品池；具体操作过程：使激光产生的激光束准直地照射到靠近玻璃池的衍射光栅上，在没加待测液体前，会在在玻璃池后壁衍射出零级衍射光束点和一级衍射光束点；添加待测液体后，一级衍射光束经液体折射后照射在后壁的另一点；将上述点标记在贴在立方体玻璃样品池外侧的坐标纸上，利用一级衍射光栅遵循布拉格定律，确定角和长度的关系，再根据Snell定律得出求折射率的计算公式及布拉格定律，通过测量或利用勾股定理间接得出所要的长度来代替公式中的角度最后求得该液体的折射率；缺点：操作难度极大；3、光干涉法，此方法是利用迈克尔逊干涉仪进行测量，测量思想是通过测量光在待测介质中的光程，再测量待测介质的厚度来测量折射率；缺陷：此方法需要寻找干涉条纹，操作复杂，只适用于上下表面平行厚度均匀的固体待测物；4、光纤光栅测量法，利用横向折变非对称的超长周期光纤光栅为核心测量器件，先由超长周期光纤光栅的高阶谐振峰测量待测液体的环境温度变化，再由低阶谐振峰测量液体的温度和折射率的共同变化，最后利用高阶谐振峰的温度测量结果对低阶谐振峰的测量结果进行校正，实现对不同温度条件下液体折射率的测量；缺陷：原理复杂，成本高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本技术提供了一种液体折射率的测量装置，以解决现有技术中测量液体折射率结果误差较大，操作复杂及成本较高的技术问题。为达到上述目的，本技术采用的技术方案为：本技术提供了一种液体折射率的测量装置，包括光源、半透半反镜、平面镜、待测液柱、第一线阵CCD、计算机、标准液柱及第二线阵CCD，光源用于发出平行光束，半透半反镜设置在光路上，半透半反镜将光源发出的水平光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射在待测液柱，经待测液柱散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD用于记录待测液体的一阶彩虹散射强度分布；第二光束照射在平面镜上，经平面镜反射后照射在标准液柱上，经标准液柱散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD用于记录标准液体的一阶彩虹散射强度分布；待测液柱与标准液柱的直径尺寸相同，标准液体为折射率已知的液体；第一线阵CCD和第二线阵CCD均与计算机连接。进一步的，光源、半透半反镜及平面镜共线设置，待测液柱和第一线阵CCD设置在光源的一侧，待测液柱和第一线阵CCD的连线与光源和平面镜的连线平行；标准液柱和第二线阵CCD设置在光源的另一侧，标准液柱和第二线阵CCD的连线与光源和平面镜的连线平行。进一步的，包括第一导管、第一支架、第一注射泵、第二导管、第二支架及第二注射泵，第一导管、第一支架及第一注射泵设置在光源的一侧，第二导管、第二支架及第二注射泵设置在光源的另一侧；第一导管的一端竖直向下固定在第一支架上，第一导管的另一端与第一注射泵连接，第一注射泵用于将待测液体注入至第一导管内，待测液体并在第一导管的管口1mm处形成待测液柱；第二导管的一端竖直向下固定在第二支架上，第二导管的另一端与第二注射泵连接，第二注射泵用于将标准液体注入至第二导管内，标准液体在第二导管的管口1mm处形成标准液柱。进一步的，还包括第一旋转支架和第二旋转支架，半透半反镜设置在第一旋转支架上，平面镜设置在第二旋转支架上；第一旋转支架和第二旋转支架的旋转角度精度均为0.017°。进一步的，还包括互相平行第一滑轨、第二滑轨及第三滑轨，第二滑轨设置在第一滑轨的一侧，第三滑轨设置在第一滑轨的另一侧；光源、半透半反镜及平面镜依次设置在第一滑轨上；待测液柱和第一线阵CCD滑动设置在第二滑轨上，标准液柱和第二线阵CCD(8)设置在第三滑轨上。进一步的，光源采用He-Ne激光器。进一步的，第一注射泵和第二注射泵的注射流速设定范围为0.1ml/h-1600ml/h，最小分辨率0.1ml/h。进一步的，第一线阵CCD和第二线阵CCD均采用SG-14-01k80-00-R型线阵CCD。与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供了一种液体折射率的测量装置，通过平行光束照射标准液柱和待测液柱，平行在标准液柱和待测液柱处，分别形成一阶彩虹，通过对标准液柱和待测液柱处的一阶彩虹的解析得到待测液体的折射率；本技术测量装置简单，易于操作，测量结构精确。进一步的，通过设置三个平行滑轨，通过待测液柱或标准液柱与第一线阵CCD或第二线阵CCD镜头之间的距离确定第一线阵CCD和第二线阵CCD的测量角宽度，再利用平面镜旋转角度和角宽度确定测量的散射角范围，利用相对测量的方法结果非常精确。进一步的，通过采用注射泵控制待测液柱和标准液柱的注射速度，标准液体和待测液体通过第一导管和第二导管的管口1mm处分别形成稳定液柱，确保了试验结果的准确性。本技术通过测量测量标准液体和待测液体形成的液柱的一阶彩虹的一级和二级Airy峰角位置之差的比值与折射率的解析关系，计算得到相对精确的待测液体的折射率；本技术所述的测量方法简单，易于操作实现；通过采用光学方法具有高灵敏度的特征，结合计算软件可实现在线测量。利用经验模态分解法对圆柱形液柱一阶彩虹散射强度分布进行滤波，从一阶彩虹散射强度信号中提取出完整的Airy结构；由于EMD分析始终在空间域进行，无需进行空间域与频域的转换与逆转换，避免了信号的空间偏移。附图说明图1为本技术所述的一种液体折射率的测量装置结构示意图；图2为本技术所述的一种液体折射率的测量方法原理图；图3为本技术中光线在液柱截面反射和折射光路示意图；图4为本技术中利用Lorentz－Mie理论模拟的圆柱形液柱一阶彩虹散射强度分布图，其中表示的为散射角度与散射强度之间关系图；图5为本技术中圆柱形液柱一阶彩虹散射强度分布图，其中表示像素单元与散射强度之间的关系图；图6为本技术中所述的线阵CCD镜头可测的角宽度结构示意图；图7为本技术中圆柱形液柱一阶彩虹散射强度分布图的EMD分析结果；图8为本技术中圆柱形液柱一阶彩虹散射强度分布中的完整的Airy结构。...
【技术保护点】
1.一种液体折射率的测量装置，其特征在于，包括光源(1)、半透半反镜(2)、平面镜(3)、待测液柱(4)、第一线阵CCD(5)、计算机(6)、标准液柱(7)及第二线阵CCD(8)，光源(1)用于发出平行光束，半透半反镜(2)设置在光路上，半透半反镜(2)将光源(1)发出的水平光束分为第一光束(101)和第二光束(102)，第一光束(101)照射在待测液柱(4)，经待测液柱(4)散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD(5)用于记录待测液体的一阶彩虹散射强度分布；第二光束(102)照射在平面镜(3)上，经平面镜(3)反射后照射在标准液柱(7)上，经标准液柱(7)散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD(8)用于记录标准液体的一阶彩虹散射强度分布；待测液柱(4)与标准液柱(7)的直径尺寸相同，标准液体为折射率已知的液体；第一线阵CCD(5)和第二线阵CCD(8)均与计算机(6)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种液体折射率的测量装置，其特征在于，包括光源(1)、半透半反镜(2)、平面镜(3)、待测液柱(4)、第一线阵CCD(5)、计算机(6)、标准液柱(7)及第二线阵CCD(8)，光源(1)用于发出平行光束，半透半反镜(2)设置在光路上，半透半反镜(2)将光源(1)发出的水平光束分为第一光束(101)和第二光束(102)，第一光束(101)照射在待测液柱(4)，经待测液柱(4)散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD(5)用于记录待测液体的一阶彩虹散射强度分布；第二光束(102)照射在平面镜(3)上，经平面镜(3)反射后照射在标准液柱(7)上，经标准液柱(7)散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD(8)用于记录标准液体的一阶彩虹散射强度分布；待测液柱(4)与标准液柱(7)的直径尺寸相同，标准液体为折射率已知的液体；第一线阵CCD(5)和第二线阵CCD(8)均与计算机(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，光源(1)、半透半反镜(2)及平面镜(3)共线设置，待测液柱(4)和第一线阵CCD(5)设置在光源(1)的一侧，待测液柱(4)和第一线阵CCD(5)的连线与光源(1)和平面镜(3)的连线平行；标准液柱(7)和第二线阵CCD(8)设置在光源(1)的另一侧，标准液柱(7)和第二线阵CCD(8)的连线与光源(1)和平面镜(3)的连线平行。
3.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，包括第一导管(41)、第一支架(42)、第一注射泵(43)、第二导管(71)、第二支架(72)及第二注射泵(73)，第一导管(41)、第一支架(42)及第一注射泵(43)设置在光源(1)的一侧，第二导管(71)、第二支架(72)及第二注射泵(73)设置在光源(1)的另一侧；第一导管(41)的一端竖直向下固定在第一支架(42)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗道斌，秦毅盼，骞来来，师博，谢娇娇，吴圣博，岳宗敏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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