光学测量设备/方法技术

本发明专利技术的光学测量设备和方法用于通过利用穿过持测物质的测量光和利用预定的参考光来测量含于待测物质中的特定成分的物理量，包括获取第一、第二光干涉信号的第一、第二干涉装置；将第一、第二光干涉信号转换为第一、第二电信号的第一、第二光电转换部分；扩展第一、第二电信号的相位的第一、第二相位扩展部分；用于测量经第一、第二相位扩展部分扩展后的相位的相差的相差测量部分；及根据相差测量部分测得的相差来确定物理量的物理量确定部分。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量包含于一个待测物质中的一种特定成份的物理量的光学测量设备，以及一种该设备使用的方法。使用光干涉测量一种物理量的方法已众所周知。该物理量包括，诸如物体的位移、物体的表面轮廓、具有双折射特性的物质的双折射，以及具有旋光能力的物质的水溶液的浓度。该方法利用的事实是在外差干涉光的相位和一个测量物体的特定成份的物理量之间存在一种关系。该方法包括将干涉光转换成一种电信号并通过测量该电信号的相位来确定该特定成份的物理量。总之，确定物理量是通过测量测量光的相位偏离已知参考光的相位的偏移(即参考光和测量光之间的相差)进行的。一般说来，参考光和测量光之间的相差受待测物理量变化的影响。当物理的变化变大时，相位差也变大。然而相差一般非常小。因而要求精度极高的相差测量仪以高分辨率和高精度测量该物理量的变化。相差测量仪的分辨率的极限在电学上一般为0.1度至0.01度。低于上述限度的相差就不能被测量了。因而用传统方法不可能测量该物理量的微小变化。本专利技术的光学测量设备用于通过利用穿过待测物质的测量光及利用预定参考光而测量含于待测物质中的特定成份的物理量，该设备包括一个第一干涉装置，用于通过干涉该测量光获取一个第一光干涉信号；一个第二干涉装置，用于通过干涉该参考光获取一个第二光干涉信号；一个第一光电转换部分，用于将第一光干涉信号转换为第一电信号；一个第二光电转换部分，用于将第二光干涉信号转换为第二电信号；一个第一相位扩展部分，用于扩展该第一电信号的相位；一个第二相位扩展部分，用于扩展该第二电信号的相位；一个相差测量部分，用于测量被第一相位扩展部分扩展的相位和被第二相位扩展部分扩展的相位之间的相差；一个物理量确定部分，用于根据该相差测量部分测得的相差确定含于待测物质中的特定成份的物理量。在本专利技术的一个实施例中，该参考光穿过参考物质。在本专利技术的另一个实施例中，该第一相位扩展部分包括至少一个用于倍增该第一电信号的第一倍增电路，而该第二相位扩展部分包括至少一个用于倍增该第二电信号的第二倍增电路。仍在本专利技术的另一个实施例中，该第一倍增电路包括一个用于扩展该第一电信号的频率和相位的第一倍增器，一个用于放大该第一倍增器的输出的第一放大器，及一个用于从该第一放大器的输出中抽取具有预定频率的信号以除去噪声的第一波形处理器，而第二倍增电路包括一个用于扩展该第二电信号的频率和相位的第二倍增器，一个用于放大该第二倍增器的输出的第二放大器，及一个用于从该第二放大器的输出中抽取具有预定频率的信号以除去噪声的第二波形处理器。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种通过利用穿过待测物质的测量光及利用预定参考光而测量含于待测物质中的特定成份的物理量的光学测量方法。该方法包括下列步骤a)通过干涉该测量光获取一个第一光干涉信号；b)通过干涉该参考光获取一个第二光干涉信号；c)将该第一光干涉信号转换为第一电信号；d)将该第二光干涉信号转换为第二电信号；e)扩展该第一电信号的相位；f)扩展该第二电信号的相位；g)测量在步骤e)扩展后的相位和在步骤f)扩展后的相位之间的相差；以及h)根据在步骤g)测得的相差确定含于待测物质中的特定成份的物理量。在本专利技术的一个实施例中，该参考光穿过参考物质。在本专利技术的另一个实施例中，步骤e)包括步骤i)至少将第一电信号倍增一次，而步骤f)包括步骤j)至少将第二电信号倍增一次。仍在本专利技术的另一个实施例中，步骤i)包括下列步骤通过使用第一倍增器扩展第一电信号的频率和相位；通过使用第一放大器放大第一倍增器的输出；及从第一放大器的输出中抽取具有预定频率的信号以去除噪声，而步骤j)包括下列步骤通过使用第二倍增器扩展第二电信号的频率和相位；通过使用第二放大器放大第二倍增器的输出；及从第二放大器的输出中抽取具有预定频率的信号以除去噪声。因而，此述本专利技术使下列优点成为可能(1)提供一种能够测量物理量中的微小变化的具有改进的测量精度的光学测量设备，及(2)提供一种该设备使用的光学测量方法。通过参考附图阅读和理解下面的详细描述，本专利技术的这些和其它优点对于本专业的技术人员将变得显而易见。附图说明图1说明根据本专利技术的一个光学测量设备的结构。图2说明了本设备的测量光的和参考光的相位扩展部分的结构。图3说明了本设备的相位扩展部分的测量光的和参考光的倍增电路的结构。图4说明了输入至测量光和参考光的倍增电路的信号的波形。图5说明了从测量光和参考光的倍增电路输出的信号的波形。图6说明了两种相差间的关系，一种相差是输入至相位扩展部分的信号之间的相差，另一种相差是从相位扩展部分输出的输出信号之间的相差。本专利技术将通过参考附图的实例加以描述。图1说明了根据本专利技术的一个光学测量设备100的结构。该光学测量设备100包括光源1和2，分光器3，平面镜4，样品室6m和6r，起偏振片7m和7r，光电二极管8m和8r，放大器9m和9r，混频器10m和10r，电信号振荡器11，相位扩展部分12m和12r，相差测量仪13，以及物理量确定部分14。光源1和2发射出光束。光源1发出的光束和光源2发出的光束具有互不相同的频率，并在相差90°的方向上被偏振。例如，光源1发出的光束频率为f0，在水平方向被偏振，而光源2发出的光束频率为f0+Δf，在垂直方向被偏振。从光源1和从光源2发出的光束入射到分光器3。该分光器3将从光源1和从光源2来的光束分成测量光和参考光。得到的测量光和参考光分别包括一个频率为f0的水平线偏振光分量和一个频率为f0+Δf的垂直线偏振光分量。这些线偏振光分量是相干分量。样品室6m、起偏振片7m和光电二极管8m设置在从分光器3输出的测量光的光路上。测量光穿过存有待测物质的样品室6m。然后，测量光穿过极化片7m，在此水平线偏振光分量和垂直线偏振光分量相互叠加以相互干涉。结果，就获得了作为起偏振片7m的输出的具有频率Δf和相位m的光干涉信号Im。相位m是由水平线偏振光分量和垂直线偏振光分量之间的相差以及由待测物质的性质引起的相差来决定的。光干涉信号Im由下式表示Im＝Am·Sin……(1)其中Am表示该光干涉信号Im的振幅，ω表示干涉拍频，而m表示光干涉信号Im的相位。若待测物质具有旋光能力，则在测量光的光路上另外放置1/4波片5A和5B，如图1所示。一般地，当线偏振光分量穿过诸如1/4波片5A或5B的双折射片时，光束的偏振状态会发生改变。如果将1/4波片放置成其轴相对于平面偏振光分量的振动平面成45°角，则平面偏振光分量就被1/4波片转变成了圆偏振光。反之，圆偏振光分量则被1/4波片转变成了线偏振光。通过穿过1/4波片5A，从分光器3输出的测量光所包含的水平线偏振光分量和垂直线偏振光分量被分别转变成了顺时针圆偏振光分量和逆时针圆偏振光分量。然后，测量光穿过样品室6m。当待测物质具有旋光能力时，该顺时针圆偏振光分量和该逆时针圆偏振光分量的相位互换。然后该顺时针圆偏振光分量和该逆时针圆偏振光分量穿过1/4波片5B，从而分别被变回到水平线偏振光分量和垂直线偏振光分量。然后，该测量光穿过起偏振片7m。从分光器3输出的参考光被平面镜4反射，方向改变了90°。样品室6r、起偏振片7r和光电二极管8r被放置在由平面镜4反射的参考光的光路上。从分光器3输出的参考光穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过使用穿过待测物质的测量光和使用预定的参考光来测量含于待测物质中的特定成份的物理量的光学测量设备，该光学测量设备包括： 一个第一干涉装置，用于通过干涉测量光而获得第一光干涉信号； 一个第二干涉装置，用于通过干涉参考光而获得第二光干涉信号； 一个第一光电转换部分，用于将第一光干涉信号转换为第一电信号； 一个第二光电转换部分，用于将第二光干涉信号转换为第二电信号； 一个第一相位扩展部分，用于第一电信号的相位； 一个第二相位扩展部分，用于扩展第二电信号的相位； 一个相差测量部分，用于测量经第一相位扩展部分扩展的相位和经第二相位扩展部分扩展的相位之间的相差；及 一个物理量确定部分，用于根据由相差测量部分测得的相差来确定含于待测物质中的特定成份的物理量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐可欣，仲道男，铃木范人，
申请(专利权)人：京都第一科学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]