本发明专利技术公开了一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，包括入射光以及探测器，还包括：Mueller矩阵偏振系统，置于含有待测药液的透明容器两侧，所述Mueller矩阵偏振系统包括偏振态发生器以及偏振态分析器，所述偏振态发生器与偏振态分析器位于含有待测药液的透明容器的两侧，所述偏振态发生器以及偏振态分析器均包括偏振片、波片以及旋转器，所述波片置于旋转器上，所述入射光位于偏振态发生器一侧，所述探测器位于偏振态分析器一侧；本发明专利技术能够结合手性分子与偏振光的相互作用以及介质表面二次谐波性质，提高了对药液样品浓度的检测精度，构建的高性能Mueller矩阵偏振系统通过双旋转器选择偏振光的特点，在多维度进行药液数据检测。度进行药液数据检测。度进行药液数据检测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置
[0001]本专利技术属于光电探测
，尤其涉及一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置。
技术介绍
[0002]目前，传统的药液检测通常采用气相色谱仪进行检测，传感采集需要对药液进行吸附以及富集，仪器非专用且检测精度不高，现提出一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，其结合手性分子与偏振光的相互作用以及介质表面二次谐波性质对待测样品的浓度进行检测。
技术实现思路
[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，解决了上述问题。
[0004]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，包括入射光以及探测器，还包括：
[0005]Mueller矩阵偏振系统，置于含有待测药液的透明容器两侧，所述Mueller矩阵偏振系统包括偏振态发生器以及偏振态分析器，所述偏振态发生器与偏振态分析器位于含有待测药液的透明容器的两侧，所述偏振态发生器以及偏振态分析器均包括偏振片、波片以及旋转器，所述波片置于旋转器上且与旋转器拆卸连接，所述入射光位于偏振态发生器一侧，所述探测器位于偏振态分析器一侧。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0007]进一步的技术方案：所述入射光为不同波段的红外激光光束。
[0008]一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测方法，基于上述红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，具体包括以下步骤：
[0009]S1、假设药物分子表面都是各项同性的，宏观二阶极化强度在考虑二阶磁偶极矩、二阶电偶极矩响应的情况下可表示为：
[0010][0011]在入射光频率固定为ω的情况下，确定电场强度的振幅为E(ω)，给定入射光强度与入射方向并记为矢量j，进而确定磁感应强度；
[0012]S2、给定入射光光波频率、入射方向、光谱强度，得出药液的极化强度和磁化强度，分子受激辐射场依据极化强度与磁化强度表示为：
[0013][0014]其中，当偏振方向与波片的轴方向的夹角不同时，透过波片的偏振光不同，当角度为90
°
时，对应的偏振光为左右圆偏振光，当角度为22.5
°
时，对应的偏振光为线偏振光；
[0015]S3、将波片置于两个旋转器上，通过控制旋转器的转速获取偏振光，进而在探测器
上获取透射光强，所述透射光强表示为：
[0016]S
out
＝M
sys
S
in
＝M
LP2
M
LR2
M
sample
M
LP1
S
in
[0017]其中M
LP1
和M
LP2
是设置为水平传输模式的理想线性偏振片的Mueller矩阵；
[0018]使波片的快速轴最初设置为与x轴平行，即θ1＝θ2＝0
[0019][0020][0021][0022]其中a
n
和b
n
是Mueller矩阵元素的傅立叶展开系数，给定这些系数的值，可以导出Mueller矩阵的16个元素；
[0023]S4、对系统误差进行补偿，提高测量结果的准确性和精确度；
[0024]S5、消除包括太阳光以及灯管在信号检测中产生的环境噪声影响；
[0025]S6、将药液的磁化强度和极化强度代入分子受激辐射场后可得出透射光与反射光的电场强度表达式，由于二次谐波的计算中，磁偶极的产生的影响较小，所以将其忽略，仅考虑电极化强度条件下的二次谐波电场强度，所述二次谐波电场强度表示为：
[0026][0027]由于电场强度的计算仅考虑介质的极化，反射光电场强度为：
[0028][0029]同理透射光电场强度为：
[0030][0031]其中
[0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038]上式中上标为反射S，P分量，下标表示透射S，P分量；
[0039]S7、将最终测得的反射光电场强度与透射光电场强度与训练集药液种类一一对应构建数据库，待测未知药液同样经过上述步骤，将得出的电场强度与数据库中数据进行对应，得知未知药液性质。
[0040]进一步的技术方案：所述系统误差包括与偏振态分析器和旋转器组件相关的三个方向误差以及偏振态发生器和偏振态分析器中的两个延迟器之间的同步不匹配给系统带来的误差。
[0041]进一步的技术方案：消除包括太阳光以及灯管在信号检测中产生的环境噪声影响的具体方式为：
[0042]首先，在检测过程中设置两组空间光路，其中一组为切断光源后，太阳光与灯光产生的参比信号，另一路为在有背景噪声影响下的接通激光光源后的检测信号，对两信号做差分运算，即使检测信号减去参比的背景噪声信号；
[0043]其次，使用空气样本对所提出方法的有效性进行数值和实验评估，具体为，首先，考虑信号为理想的检测信号，无背景噪声的影响，其次，在之后的模拟中，将合理的信号平均值添加到在第一次模拟中获得的强度信号中，用来模拟包含背景信号的检测信号。
[0044]进一步的技术方案：对于偏振态发生器和偏振态分析器中的两个旋转器同步不匹配给系统带来的误差，在每次旋转器工作时，前后两个波片的旋转角度都存在着较小的差异，导致在系统中引入微小的同步错误，引入同步策略解决偏振态发生器和偏振态分析器中的两个旋转器同步不匹配给系统带来误差的问题。
[0045]进一步的技术方案：对引入同步策略解决偏振态发生器和偏振态分析器中的两个旋转器之间的同步不匹配给系统带来的误差的效果进行验证：
[0046]对于模拟过程，首先，使用公式评估两个旋转器旋转引起的强度变化，假定的理想延迟旋转比为1：5；
[0047]其次，重复过程，将小的误差角ε添加到第二个旋转器减速器中，得到的旋转器减速器旋转比为θ：(5θ+ε)，结果表明，所提出的同步策略能够有效地提高m
12
，m
13
，m
23
和m
32
的计算值；
[0048]在实验过程中，分别对应两个旋转器的同步控制与非同步控制，即连续与非连续旋转计算了Mueller矩阵元素，结果再次表明，所提出的同步策略能够有效地提高Mueller矩阵元素的准确性。
[0049]有益效果
[0050]本专利技术提供了一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，与现有技术相比具备以下有益效果：
[0051]1、本专利技术提出的一种高精度偏振谐波药液浓度检测装置，结合手性分子与偏振光的相互作用以及介质表面二次谐波性质，提高了对药液样品浓度的检测精度，构建的高性能Mueller矩阵偏振系统通过双旋转器选择偏振光的特点，能够在多维度进行药液数据的检测。
附图说明...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，其特征在于，包括入射光以及探测器，还包括：Mueller矩阵偏振系统，置于含有待测药液的透明容器两侧，所述Mueller矩阵偏振系统包括偏振态发生器以及偏振态分析器，所述偏振态发生器与偏振态分析器位于含有待测药液的透明容器的两侧，所述偏振态发生器以及偏振态分析器均包括偏振片、波片以及旋转器，所述波片置于旋转器上且与旋转器拆卸连接，所述入射光位于偏振态发生器一侧，所述探测器位于偏振态分析器一侧。2.根据权利要求1所述的基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，其特征在于，所述入射光为不同波段的红外激光光束。3.一种基于红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测方法，基于权利要求2所述的红外偏振谐波的高精度溶液浓度检测装置，具体包括以下步骤：S1、假设药物分子表面都是各项同性的，宏观二阶极化强度在考虑二阶磁偶极矩、二阶电偶极矩响应的情况下可表示为：在入射光频率固定为ω的情况下，确定电场强度的振幅为E(ω)，给定入射光强度与入射方向并记为矢量j，进而确定磁感应强度；S2、给定入射光光波频率、入射方向、光谱强度，得出药液的极化强度和磁化强度，分子受激辐射场依据极化强度与磁化强度表示为：其中，当偏振方向与波片的轴方向的夹角不同时，透过波片的偏振光不同，当角度为90
°
时，对应的偏振光为左右圆偏振光，当角度为22.5
°
时，对应的偏振光为线偏振光；S3、将波片置于两个旋转器上，通过控制旋转器的转速获取偏振光，进而在探测器上获取透射光强，所述透射光强表示为：S
out
＝M
sys
S
in
＝M
LP2
M
LR2
M
sample
M
LP1
S
in
其中M
LP1
和M
LP2
是设置为水平传输模式的理想线性偏振片的Mueller矩阵；使波片的快速轴最初设置为与x轴平行，即θ1＝θ2＝0＝0＝0其中a
n
和b
n
是Mueller矩阵元素的傅立叶展开系数，给定这些系数的值，可以导出
Mueller矩阵的16个元素；S4、对系统误差进行补偿，提高测量结果的准确性和精确度；S5、消除包括太阳光以及灯管在信号检测中产生的环境噪声影响；S6、将药液的磁化强度和极化强度代入分子受激辐...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶治，陶冶，雷春，滕龙，刘向，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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