基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法，该装置包括激光发射单元，光电强度探测单元，以及带螺旋测微单元的光具座；所述螺旋测微单元包括螺旋测微标尺，以及手轮式旋钮；所述光具座底端设有滑动轨道，以及滑动设置于该滑动轨道上的载物台；激光发射单元中的激光器固定安装于螺旋测微标尺的零点位置，光电强度探测单元中的探头以可滑动方式安装于螺旋测微标尺上，旋转手轮式旋钮即对探头位置进行微调；激光器、探头、载物台的相对位置应保证：激光器的出射偏振光入射到待测介质的反射面并被反射，且反射光被探头接收。本发明专利技术将角度测量转化为长度测量，实现了距离连续变化，测量更精确；且不局限于光学玻璃的折射率测量。

【技术实现步骤摘要】
基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法
本专利技术属于光学参数测量
，具体涉及基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法。
技术介绍
折射率是介质的重要光学参数之一，反映了介质的光学基本性能、浓度、纯度、色散等，并与介质结构、密度及光线的波长有关。其在化工、医药、食品等方面有重要的测量意义，尤其在新兴光电信息材料方面，是重要的、基本的测量参数之一。目前基于布儒斯特定律进行折射率测量的方法，其测量对象主要是各向同性的光学玻璃。当入射角满足布儒斯特定律时，折射光和反射光垂直正交，根据几何关系有：其中，n1为空气折射率，n2为待测介质折射率，θb为布儒斯特角。基于布儒斯特定律进行折射率测量的方法为：将测角台水平放置，光学玻璃垂直立于测角台且光学玻璃反射面刚好投影在测角台标记线处，将光电强度探测仪安置于测角台延伸处；调节带布儒斯特窗的氦氖激光源方向，至出射的偏振光偏振化方向平行于入射面，打开氦氖激光源照射至光学玻璃，调节光学玻璃的高度保证水平照射，并保证光线刚好照射在测角台中心垂线上；调节光电强度探测仪高度至刚好接收反射激光；改变偏振光入射角度，并调节光电强度探测仪探头位置至可以接收反射光，进行反射光强测量，多次改变入射角重复上述步骤，直至某处反射光强信号最弱，记录此时入射角即布儒斯特角；利用反射光线与折射光线垂直，进而计算光学玻璃的折射率。传统的布儒斯特角测量存在固有限制，要求介质为光学玻璃；且直接进行角度的测量，并且角度最小间隔是1分的间隔测量，故只能进行非连续测量。测量过程中，由于测角台重力分布不均难以始终保持水平状态，并且玻璃面难以严格垂直于水平面，故测量仪器之间距离越大，由于测角台和测量反射面的不绝对水平造成的角度测量误差就会被放的越大；且周围杂光干扰也是一个重要的影响因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法，以解决
技术介绍
中所指出的技术问题。本专利技术提供的基于布儒斯特定律的折射率测量装置，包括用来发射偏振光的激光发射单元，用来接收反射光的光电强度探测单元、以及带螺旋测微标尺的光具座；所述光具座的底端为一水平的载物台，载物台上设有用来放置待测介质的载物槽；所述光具座的上方安装有水平的螺旋测微标尺，激光发射单元中的激光发射器固定安装于螺旋测微标尺上，光电强度探测单元中的探头以可滑动方式安装于螺旋测微标尺上；激光发射器、探头、载物槽的相对位置应保证：激光发射器的出射偏振光入射到待测介质的反射面并被反射，反射光被探头接收。作为优选，激光发射器固定安装于螺旋测微标尺的零点位置。作为优选，光具座为箱体结构，至少箱体上端面设为透明壁，其他端面均为不透光壁。本专利技术提供的基于布儒斯特定律的折射率测量方法，该方法利用上述基于布儒斯特定律的折射率测量装置，包括：(1)使激光发射器设于螺旋测微标尺的零点位置，调节激光发射器的出射光方向，使出射偏振光的偏振化方向平行于入射面；调整激光发射器、探头、载物槽的相对位置、以及激光发射器俯仰角，保证激光发射器出射偏振光入射到反射面并被反射，反射光探头接收；(2)初始时使探头紧靠激光发射器，设定第一移动间隔，按第一移动间隔移动探头，每移动一次探头，调整激光发射器俯仰角和载物槽位置，使反射光刚好被探头接收，记录反射光的光强；找出最弱光强对应的探头位置，该位置所在区间即发生布儒斯特现象的大致区间；(3)设定第二移动间隔，按第二移动间隔在大致区间内微调探头位置，每移动一次探头，调整激光发射器俯仰角和载物槽位置，使反射光刚好被探头接收，记录反射光的光强；找出最弱光强对应的探头位置，即发生布儒斯特现象的精确位置，记为L；(4)计算待测介质折射率其中，n1为空气折射率，d为激光发射器和探头所在水平到反射面的垂直距离。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)测量介质不局限于平面光学玻璃，也可以用于液体折射率测量，扩展了适用范围，利于测量装置的通用化。(2)巧妙地将角度的测量转化为长度的测量，借助更为精确的螺旋测微装置，实现了距离的连续变化，测量更精确。(3)因直接测量量为长度，故器件之间距离越大，微小的差异被放得越大，测量的误差越小，克服了角度的测量器件之间距离越大误差越大的不足。(4)本专利技术装置调节步骤更为简化，装置仅上端可视，其余面黑屏，可屏蔽周围杂光干扰，提高折射率测量精确度。若为演示教学使用，将侧面黑屏更换成透明玻璃即可。附图说明图1为实施例中装置的组成结构图；图2为本专利技术折射率测量原理的几何关系示意图。图中：1-激光器，2-探头，3-螺旋测微标尺，4-载物台，5-显示端，6-电源。具体实施方式下面将结合附图和实施例进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例参见图1，所示为本专利技术装置的一种具体实施方式。所示基于布儒斯特定律的折射率测量包括用来发射偏振光的激光发射单元，用来接收反射光的光电强度探测单元、以及带螺旋测微单元的光具座。激光发射单元包括用来发射激光的激光器1、给激光器1提供电能的电源6、以及用来调节发射激光偏振方向的偏振片(未在图中画出)，偏振片设于激光器1出射端口，激光器1带布儒斯特窗。本实施例中，激光器1采用氦氖激光器，用来发射632.8nm波长激光。光电强度探测单元包括用来接收反射光的探头2以及与探头2信号连接的显示端5，显示端5用来显示所接收反射光的光强数据。探头2中心设有直径2mm的微小圆孔，用来保证对微小位置移动的敏感性。光具座底端设有滑动轨道，带载物槽的载物台4滑动设置于该滑动轨道上，载物槽用来放置待测介质。载物槽内设一水平标记线，待测介质置入载物槽内且保证待测介质的反射面(即待测介质的上表面)正好到达该水平标记线处。当待测介质为固体介质，可通过在载物槽内先垫放垫片再放置待测介质的方式，来使反射面正好到达水平标记线处。当待测介质为液态介质，将待测介质注入载物槽内直至液面正好到达水平标记线处。光具座上方安装有螺旋测微单元，螺旋测微单元位于载物台4上方。进一步的，螺旋测微单元包括水平安装于光具座上方的螺旋测微标尺3，以及设于螺旋测微标尺3端头用来调节螺旋测微标尺3的手轮式旋钮(未在图中画出)。激光器1和探头2均安装于螺旋测微标尺3上，由于螺旋测微标尺3水平设置，因此可保证激光器1和探头2位于同一水平。激光器1固定安装于螺旋测微标尺3的零点位置，探头2通过一滑块安装于螺旋测微标尺3上，可沿螺旋测微标尺3滑动。通过手轮式旋钮可对探头2在螺旋测微标尺3上的位置进行微调。为确保获得准确的测量数据，应保证载物槽水平，以及螺旋测微标尺3水平。使用时，调整激光器1的俯仰角，通过滑块调整探头2在螺旋测微标尺3上位置，调整载物台4的位置，以保证激光器1的出射偏振光能入射到待测介质的反射面并被反射，反射光又正好被探头2接收。作为优选方案，为避免周围杂光的干扰，将光具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于布儒斯特定律的折射率测量装置，其特征是：/n包括用来发射偏振光的激光发射单元，用来接收反射光的光电强度探测单元、以及带螺旋测微单元的光具座；/n所述螺旋测微单元包括水平安装于光具座上方的螺旋测微标尺，以及设于螺旋测微标尺端头的手轮式旋钮；/n所述光具座底端设有滑动轨道，以及滑动设置于该滑动轨道上的载物台，载物台上设有用来放置待测介质的载物槽；/n激光发射单元中的激光器固定安装于螺旋测微标尺的零点位置，光电强度探测单元中的探头以可滑动方式安装于螺旋测微标尺上，旋转手轮式旋钮即对探头位置进行微调；/n激光器、探头、载物台的相对位置应保证：激光器的出射偏振光入射到待测介质的反射面并被反射，且反射光被探头接收。/n

【技术特征摘要】
1.基于布儒斯特定律的折射率测量装置，其特征是：
包括用来发射偏振光的激光发射单元，用来接收反射光的光电强度探测单元、以及带螺旋测微单元的光具座；
所述螺旋测微单元包括水平安装于光具座上方的螺旋测微标尺，以及设于螺旋测微标尺端头的手轮式旋钮；
所述光具座底端设有滑动轨道，以及滑动设置于该滑动轨道上的载物台，载物台上设有用来放置待测介质的载物槽；
激光发射单元中的激光器固定安装于螺旋测微标尺的零点位置，光电强度探测单元中的探头以可滑动方式安装于螺旋测微标尺上，旋转手轮式旋钮即对探头位置进行微调；
激光器、探头、载物台的相对位置应保证：激光器的出射偏振光入射到待测介质的反射面并被反射，且反射光被探头接收。


2.如权利要求1所述的基于布儒斯特定律的折射率测量装置，其特征是：
所述光具座为箱体结构，至少箱体上端面设为透明壁，其他端面均为不透光壁。


3.如权利要求1所述的基于布儒斯特定律的折射率测量装置，其特征是：
所述载物槽内设一水平标记线，待测介质置入载物槽内且保证待测介质的反射面正好到达该水平标记线处。


4.基于权利要求1-3中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董锡杰，曹尚文，徐嘉璐，谭昕旸，贺臣，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42