本发明专利技术提供了一种基于PSD的光学密度测量装置，包括：激光器、准直镜、第一反射镜、第二反射镜、第一光学窗口、第二光学窗口、聚焦透镜、PSD探测器以及信号处理器；准直镜和第一反射镜依次设置在激光器发射探测激光的光束路径上，探测激光经由第一反射镜反射预设角度后的光束路径上依次排设第一光学窗口、第二光学窗口和第二反射镜，探测激光经由第二反射镜反射预设角度后的光束路径上依次设有聚焦透镜、PSD探测器和信号处理器。PSD探测器和信号处理器。PSD探测器和信号处理器。
【技术实现步骤摘要】
基于PSD的光学密度测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及光学密度测量
，具体涉及一种基于PSD角度测量的光学密度测量装置及方法。
技术介绍
[0002]密度是物质的重要特性和指标，如大气密度、海洋密度，是生态环境观测的重要内容，通过密度可实现大洋温盐环流、气候变化、生物化学、海洋工程以及生态学等领域观测。
[0003]现有技术中的光学密度测量主要有超灵敏光学相干方法，但其结构复杂，器件较多，成本高，还主要由表面等离子体法，通过金属表面对介质折射率变化敏感特性，但其探测头为金属薄膜，易腐蚀，无法长期在水下工作，还有基于PSD位置变化的密度测量方法，但其灵敏度受PSD的灵敏度影响，探测面积有限，结构复杂，且受V型槽角度限制，无法实现大动态范围介质密度测量。
技术实现思路
[0004]为了解决现有PSD在介质密度测量技术中存在的动态范围小，测量精度受PSD精度限制问题，本专利技术提供了一种基于PSD的光学密度测量装置及方法，该方法以待测介质折射率引起探测光偏折的原理为基础，针对现有PSD测量介质密度存在的问题，提出了基于PSD角度测量介质密度方法，解决了现有PSD测量技术下，动态范围小，精度低的缺陷。
[0005]本专利技术提供了一种基于PSD的光学密度测量装置，包括：激光器、准直镜、第一反射镜、第二反射镜、第一光学窗口、第二光学窗口、聚焦透镜、PSD探测器以及信号处理器；准直镜和第一反射镜依次设置在激光器发射探测激光的光束路径上，探测激光经由第一反射镜反射预设角度后的光束路径上依次排设第一光学窗口、第二光学窗口和第二反射镜，探测激光经由第二反射镜反射预设角度后的光束路径上依次设有聚焦透镜、PSD探测器和信号处理器。
[0006]根据本专利技术的一实施例，第一光学窗口和第二光学窗口中间分隔有探测区，探测区中间包含有待测介质。
[0007]根据本专利技术的一实施例，激光器为半导体激光器、氦氖激光器或固体激光器。
[0008]根据本专利技术的一实施例，激光器发射的探测激光波长范围在400～700nm。
[0009]根据本专利技术的一实施例，准直镜准直后的探测激光直径为5mm。
[0010]根据本专利技术的一实施例，聚焦透镜的焦距范围为50mm～500mm。
[0011]根据本专利技术的另一实施例，提供了一种基于PSD的光学密度测量装置的方法，包括：S1，激光器发射探测激光，由准直镜对探测激光准直；S2，准直后的探测激光由第一反射镜以预设角度进行反射，依次穿过第一光学窗口、第二光学窗口以及第一光学窗口和第二光学窗口之间的探测区，形成探测激光的角度偏折，探测区内包含有待测介质；S3，探测激光由第二反射镜以预设角度反射至聚焦透镜上，并由聚焦透镜聚焦至PSD探测器上；S4，PSD探测器获得探测激光的位置变化并输出电压信号；S5，电压信号输入至信号处理器，处理得
到待测介质的密度。
[0012]根据本专利技术的另一实施例，探测激光除探测区的光束路径为测量区。
[0013]根据本专利技术的另一实施例，待测介质为透光气体或液体。
[0014]根据本专利技术的另一实施例，测量区内为空气介质。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的基于PSD的光学密度测量装置，至少具有以下有益效果：
[0016](1)该方法及装置可实现大动态范围、气液两态密度同时测量，弥补了现有PSD(一维、二维)密度测量方法中动态范围小、精度低的问题；
[0017](2)该方法及装置相较于相干密度测量方法，具有结构简单，系统调试容易、成本低等优点；
[0018](3)该方法及装置可实现海洋环境下、大气环境下原位密度测量、精度高、不易受环境影响。
附图说明
[0019]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0020]图1为本专利技术实施例的光学密度测量装置示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例的光学密度测量方法流程图；以及
[0022]图3为本专利技术实施例的光学密度测量方法原理示意图；
[0023]【附图标记说明】
[0024]1‑
激光器；2
‑
准直镜；3
‑
第一反射镜；4
‑
第一光学窗口；5
‑
第二光学窗口；6
‑
第二反射镜；7
‑
聚焦透镜；8
‑
PSD探测器。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0027]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0028]图1为本专利技术实施例的光学密度测量装置示意图。图2为本专利技术实施例的光学密度测量方法流程图。
[0029]如图1
‑
图2所示，本专利技术的提供了一种基于PSD的光学密度测量装置及方法，基于探测激光入射不同待测介质使探测激光的偏折角度发生变化，而实现测量不同待测介质密度的效果。
[0030]本专利技术的一实施例提供了一种基于PSD的光学密度测量装置，包括激光器1、准直镜2、第一反射镜3、第二反射镜6、第一光学窗口4、第二光学窗口5、聚焦透镜7、PSD探测器8以及信号处理器；
[0031]准直镜2和第一反射镜3依次设置在激光器1发射探测激光的光束路径上，探测激光经由第一反射镜3反射预设角度后的光束路径上依次排设第一光学窗口4、第二光学窗口5和第二反射镜6，探测激光经由第二反射镜6反射预设角度后的光束路径上依次设有聚焦透镜7、PSD探测器8和信号处理器。
[0032]在本专利技术的一实施例中，第一光学窗口4和第二光学窗口5中间分隔有探测区，探测区中间包含有待测介质。
[0033]在本专利技术的一实施例中，激光器1为半导体激光器1、氦氖激光器1或固体激光器1。
[0034]在本专利技术的一实施例中，激光器1发射的探测激光波长范围在400～700nm内。
[0035]示例性地，激光器1的功率例如可以小于20mw。
[0036]在本专利技术的一实施例中，准直镜2准直后的探测激光直径为5mm。
[0037]在本专利技术的一实施例中，聚焦透镜7的焦距范围为50mm～500mm。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PSD的光学密度测量装置，其特征在于，包括：激光器(1)、准直镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(6)、第一光学窗口(4)、第二光学窗口(5)、聚焦透镜(7)、PSD探测器(8)以及信号处理器；所述准直镜(2)和所述第一反射镜(3)依次设置在所述激光器(1)发射探测激光的光束路径上，探测激光经由所述第一反射镜(3)反射预设角度后的光束路径上依次排设所述第一光学窗口(4)、所述第二光学窗口(5)和所述第二反射镜(6)，探测激光经由所述第二反射镜(6)反射所述预设角度后的光束路径上依次设有所述聚焦透镜(7)、所述PSD探测器(8)和所述信号处理器。2.根据权利要求1所述的基于PSD的光学密度测量装置，其特征在于，所述第一光学窗口(4)和所述第二光学窗口(5)中间分隔有探测区，所述探测区中间包含有待测介质。3.根据权利要求1所述的基于PSD的光学密度测量装置，其特征在于，所述激光器(1)为半导体激光器(1)、氦氖激光器(1)或固体激光器(1)。4.根据权利要求3所述的基于PSD的光学密度测量装置，其特征在于，所述激光器(1)发射的探测激光波长范围在400～700nm。5.根据权利要求1所述的基于PSD的光学密度测量装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李丽艳，周燕，范松涛，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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