一种折光仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种折光仪，包括光源单元、棱镜和光电传感器，光源单元包括提供P偏振光的第一光源单元和提供非P偏振光的第二光源单元，棱镜具有一与待测液体接触的接触界面，第一光源单元和第二光源单元被配置为第一光源单元发射的光和第二光源单元发射的光分别经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收形成第一光斑和第二光斑，第一光斑和第二光斑分别具有布儒斯特角信息和全反射角信息，用于共同判断待测体液的折射率。本实用新型专利技术通过布儒斯特角和全反射角共同测量折射率，准确度高，且对待测样品的状态要求低，适用性广，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种折光仪


[0001]本技术属于折射率测量领域，具体地涉及一种折光仪。

技术介绍

[0002]折光仪是一种测量液体折射率的装置。因为固体可溶物溶解后会增加液体的折射率，通过折射率测量可以实现固体可溶物含量的测量，因此折光仪可以用来测量液体中的固体可溶物的含量。水溶液中的固体可溶物通常是糖，所以这种设备在饮料(果汁、咖啡等)中被称为糖度计。
[0003]图1所示为常见通过反射原理来测定液体或者固体折射率的原理图，其原理利用了全反射角是由界面两种材质的折射率决定的。根据折射定律
[0004]sin(α
折射角
)*n
液体
＝sin(α
入射角
)*n
玻璃
[0005]全反射角β发生在
[0006][0007]也就是说在玻璃入射角度大于全反射角β时，是只有反射的，而当玻璃入射角小于全反射角β时，透射和反射并存，而反射的亮度会比全反射时小，从而可以在全反射角β这个角度附近看到一个明显的亮度变化界面，如图2中的箭头所示，通过这个亮度变化界面可以测到全反射角β，由此算出n
待测液体
(待测液体的折射率)。
[0008]折光仪在进行折射率测量的时候，不同状态的液体，比如不同透明程度的液体、不同颜色的液体、不同浑浊度的液体都会在光线进入界面和液体的时候，产生反射和散射，而其中散射会导致光线不能按照理想的方式进入光电传感器(比如CMOS或者CCD或者其他光电传感器)而导致亮度变化界面模糊，因此，现有的折光仪在测量浊度或者色度较高的液体时，由于内部散射的原因造成全反射的亮度变化界面变模糊，从而使亮度变化界面的的亮面和暗面的对比度变小，导致人或者机器在读数的时候产生偏差，降低测量准确度。单纯地提高硬件的性能来提高测量准确度会导致硬件成本增加，比如提高线性阵列的单元数能够提高分辨率，但是多单元线阵的价格非常贵，显著的影响了整体硬件的成本。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于提供一种折光仪用以解决上述存在的技术问题。
[0010]为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种折光仪，包括光源单元、棱镜和光电传感器，光源单元包括第一光源单元和第二光源单元，第一光源单元用于提供P偏振光，第二光源单元用于提供非P偏振光，棱镜具有一与待测液体接触的接触界面，第一光源单元被配置为第一光源单元发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收形成第一光斑，第二光源单元被配置为第二光源单元发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收形成第二光斑，第一光
斑和第二光斑分别具有布儒斯特角信息和全反射角信息，用于共同判断待测体液的折射率。
[0011]进一步的，所述光源单元包括光源、准直单元、狭缝单元和P偏振片，准直单元用于将光源发射的光在第一方向上进行准直，狭缝单元具有两个间隔且平行设置的狭缝，狭缝的长度方向与第一方向垂直，光源发射的光经过准直单元准直后，再通过狭缝单元的两个狭缝形成两束光，其中一束光经过P偏振片形成P偏振光作为第一光源单元发射的光，另一束光作为第二光源单元发射的光。
[0012]更进一步的，所述准直单元采用正柱面透镜来实现，正柱面透镜的轴与第一方向垂直设置。
[0013]进一步的，还包括透镜单元，光源至少在与狭缝长度方向平行的第二方向上具有多个依次排列的点光源，光电传感器设置在透镜单元的像方焦平面上，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜，并经透镜单元采用无穷远对焦成像在光电传感器上。
[0014]更进一步的，所述光源为LED光源。
[0015]更进一步的，所述光源为单波长的LED光源，中心波长在500
‑
600nm之间。
[0016]进一步的，还包括匀光单元，匀光单元设置在光源与准直单元之间。
[0017]进一步的，还包括滤光单元，滤光单元设置在棱镜的出射面与透镜单元之间。
[0018]进一步的，所述光电传感器为CMOS图像传感器。
[0019]本技术的有益技术效果：
[0020]本技术可实现通过布儒斯特角和全反射角共同测量折射率，测量准确度高，对待测样品的状态要求低，不会受到对待测样品浊度、不透明度、色度等等因素的影响，适用性广，且成本低。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为现有的通过反射原理来测定液体或者固体折射率的原理图；
[0023]图2为全反射的亮度变化界面的示意图；
[0024]图3为布儒斯特角测量时的反射光斑的亮度变化示意图；
[0025]图4为本技术具体实施例的折光仪的结构示意图；
[0026]图5为本技术具体实施例的折光仪的另一视角的结构示意图；
[0027]图6为透镜单元采用无穷远对焦的成像原理示意图；
[0028]图7为本技术具体实施例的将光电传感器等效到液面那一侧的示意图。
具体实施方式
[0029]为进一步说明各实施例，本技术提供有附图。这些附图为本技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新
型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0030]在对本技术进行详细说明之前，先对布儒斯特角测量折射率的原理进行简要说明。
[0031]光的偏振是其波的振动方向和其传播方向不对称性导致的，而且只有横波才有偏振性。而正常的自然光情况下，没有限定在某个优势方向，因此自然光具有任意方向的偏振。
[0032]根据布儒斯特定律，自然光在入射到两个不同折射率的分界面时，其产生的反射光线和折射光线会产生一定程度的偏振化，一般情况下，自然光入射的时候，反射光含有较多的垂直入射成分(S偏振光)，折射光含有较多平行入射成分(P偏振光)，而偏振化的程度和入射角有关系，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直(S偏振光，P偏振光的反射率变成0)，此特定角称为布儒斯特角或起偏角。
[0033]若用只含有P偏振光的入射光入射两个不同折射率的分界面时，用CCD或者其他光电传感器获取反射光的光强，会产生光强的变化，如图3所示，由于布儒斯特角的存在，图中的光斑中出现了亮度由亮到暗再变亮的现象，通过亮
‑
暗
‑
亮的分界面(如图中箭头所指的地方)可以测到布儒斯特角θ
B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折光仪，包括光源单元、棱镜和光电传感器，其特征在于：光源单元包括第一光源单元和第二光源单元，第一光源单元用于提供P偏振光，第二光源单元用于提供非P偏振光，棱镜具有一与待测液体接触的接触界面，第一光源单元被配置为第一光源单元发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收形成第一光斑，第二光源单元被配置为第二光源单元发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后被光电传感器接收形成第二光斑，第一光斑和第二光斑分别具有布儒斯特角信息和全反射角信息，用于共同判断待测体液的折射率。2.根据权利要求1所述的折光仪，其特征在于：所述光源单元包括光源、准直单元、狭缝单元和P偏振片，准直单元用于将光源发射的光在第一方向上进行准直，狭缝单元具有两个间隔且平行设置的狭缝，狭缝的长度方向与第一方向垂直，光源发射的光经过准直单元准直后，再通过狭缝单元的两个狭缝形成两束光，其中一束光经过P偏振片形成P偏振光作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泳智，
申请(专利权)人：深圳市流数科技有限公司，
类型：新型
国别省市：