本发明专利技术提供了一种利用布儒斯特角测量液体浓度的装置，包括激光器，偏振片，分光计主体，三棱镜水槽系统，CCD摄像头，显示屏，光屏，所述分光计主体包括狭缝，平行光管，载物台，游标盘，刻度盘，望远镜，所述三棱镜水槽系统包括三棱镜，U型水槽，吸光物质，待测溶液。激光经过偏振片形成平行入射面的P偏振光，折射进入三棱镜后，在其底面和液体的界面处进行反射，出射光线在光屏上形成亮斑，旋转载物台，当三棱镜底面与液体界面的反射角为布儒斯特角时，光屏上的光强为零，此时再转动望远镜，测量激光入射光与出射光的夹角，则可得到液体的折射率，进而计算液体浓度。本发明专利技术设计巧妙，操作简单，测量误差小，光学现象明显，可作为液体浓度的测量装置，也可作为大专院校的教学和演示实验装置。验装置。验装置。
【技术实现步骤摘要】
一种利用布儒斯特角测量液体浓度的装置
[0001]本专利技术属于测量
，具体涉及一种透明液体浓度测量装置。
技术介绍
[0002]测量液体浓度的方法很多，一般采用间接法测量。根据不同浓度的液体表现出不同的物理特性和化学特性，如折射率，吸收率，声速，密度，水解速率等，通过测量这些特征量后进行线性插值，得到液体浓度。
[0003]比如，由电磁理论可知，当入射光频率一定时，溶液的浓度与其折射率近似成线性关系，
[0004]c＝an
液
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0005]式中，a，b为两个常系数；c为溶液浓度。所以通过测量透明液体的折射率，可得其浓度。
[0006]本专利技术采取布鲁斯特角测量透明液体折射率。在分光计上仅需测量入射光线与出射角光线的夹角，就可计算得到液体的折射率和浓度。操作简单，测量准确度高，特别是待测液体折射率的测量范围较大，实用性很强。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种操作简单、测量准确，光学现象明显的液体浓度测量装置。
[0008]本专利技术采用以下技术方案：包括激光器，偏振片，分光计主体，三棱镜水槽系统，CCD摄像头，显示屏，光屏，所述分光计主体包括狭缝，平行光管，载物台，游标盘，刻度盘，望远镜，所述三棱镜水槽系统包括三棱镜，U型水槽，吸光物质，待测溶液。激光经过偏振片形成平行入射面的P偏振光，折射进入三棱镜后，在其底面和液体的界面处进行反射，出射光线在光屏上形成亮斑，旋转载物台，当三棱镜底面与液体界面的反射角为布儒斯特角时，光屏上的光强为零，此时测量激光入射光与出射光的夹角，则可得到液体的折射率，进而计算液体浓度。
[0009]进一步优选地，上述偏振片的偏振化方向，可在竖直平面内旋转，使入射光经过偏振片后成为平行入射面的完全线偏振光。
[0010]进一步优选地，上述三棱镜水槽系统中的玻璃三棱镜与U型水槽粘接，水槽中放入待测液体，形成玻璃与待测液体界面，当P光在该界面处入射角为布儒斯特角时，反射光线光强为零。
[0011]进一步优选地，上述U型水槽内壁涂有吸光物质，可以减弱水槽内光线再次进入三棱镜。
[0012]进一步优选地，上述分光计中的望远镜，标有十字叉丝，用于确定出射光线位置。
[0013]进一步优选地，上述望远镜的目镜上套接CCD摄像头，再连接电脑显示屏，调节出射光强为零(界面处入射角为布儒斯特角)，使出射光线位置测量更准确。
[0014]进一步优选地，上述光屏为可移动光屏，便于肉眼观察布儒斯特角调节中的光斑亮暗变化。
[0015]进一步优选地，上述入射三棱镜的光线为激光，现象更明显。
[0016]本专利技术的有益效果是：偏振片的偏振化方向在竖直方向上转动，易得P偏振光以及亮度的调整；采用三棱镜与液体形成界面，入射光线折射后在玻璃与液体界面处的角度θ2可以较大范围内调节，保证布儒斯特角的获得；分光计可以准确测量激光入射光
①
和由三棱镜出射光线
②
的夹角Δα，代入下面公式，得到液体折射率
[0017][0018]其中，n
液
，n
棱
分别表示待测液体和三棱镜的折射率。选用等边三棱镜，每个角都是60度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术结构示意图
[0020]图2为本专利技术的三棱镜水槽系统的结构图及光路图图3为本专利技术的测量液体浓度与折射率关系图
[0021]图中：1、激光器，2、偏振片，3、狭缝，4、平行光管，5、三棱镜，6、U型水槽，7、吸光物质，8、待测溶液，9、载物台，10、游标盘，11、刻度盘，12、望远镜，13、CCD摄像头，14、显示屏，15、光屏。
具体实施方式
[0022]下面通过附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0023]测量示意图如图1，2所示，测量数据如表1，液体为食盐溶液，操作步骤如下：
[0024]1.打开激光器1，发射632.8nm光作为测量用入射光线
①
。
[0025]2.调整分光计的平行光管4和望远镜12，使两者光轴与入射光线共轴，记录此时入射光线
①
的方位角坐标α1。
[0026]3.首先采用最小偏向角测量三棱镜折射率，得到n
棱
＝1.53。
[0027]4.调节平行光管的狭缝3为竖直方向，同时转动偏振片2，使得光屏15上出现的“竖直光条”的亮度最小，表明此时入射偏振光的振动面平行于入射面，即获得了P光。
[0028]5.载物台9上放置三棱镜5，P光以θ1入射三棱镜的一边，折射后到达玻璃与食盐溶液的界面，光线以角度θ2反射后，从三棱及的另一边出射，出射光线记为
②
，考虑到等边三棱镜，出射光线与法线的夹角为θ1，如图2光路图所示。
[0029]6.肉眼观察出射光线
②
的明暗程度，用光屏15来显示。
[0030]7.旋转载物台，也就是调节θ1，光线到达玻璃与食盐溶液界面的θ2也发生变化，当θ2为布儒斯特角时，光线
②
的光强为零。此时光屏15上“竖直光条”最暗，肉眼几乎看不到。
[0031]8.电脑显示屏14探测出射光线
②
的明暗程度，通过望远镜12和载物台9的转动来实现。将望远镜转到刚才光线
②
的光强为零的位置，采用逐步逼近法，左右缓慢旋转载物台，望远镜也相应转动，观察显示屏14上“竖直光条”的明暗情况，当光条由亮变暗，再变亮
的过程中，找到最暗光条的位置，此时的布儒斯特角θ2更为准确。
[0032]9.记录此时光线
②
的方位角坐标α2，则可得到入射光
①
和由三棱镜出射光线
②
的夹角Δα，带入公式(2)，求得食盐溶液的折射率n
液
。
[0033]10.根据图2所示的光线在三棱镜水槽系统中的光路图，可以得到各角度之间的相互关系，即Δα+2θ1＝120。
[0034]11.将本专利技术测量得到的数据，进行线性拟合，得到折射率和食盐溶液浓度的“线性关系”，如图3所示。
[0035]n
液
＝0.0022c+1.316
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0036]12.将公式(3)作为已知条件，当测量未知浓度的食盐溶液时，只要测定其折射率n
液
，由公式(3)可得该溶液的浓度c。
[0037]表1本专利技术得到的食盐溶液折射率n
液
[0038]食盐浓度(c％)Δα(
°
)n
液
5％60.21.33010％60.81.33115％61.61.34820％62.41.35925％63.21.371
[0039]以上所述仅是本专利技术的一种测量应用。如同上述具体实践方式，故依据本专利技术的技本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用布儒斯特角测量液体浓度的装置，包括激光器，偏振片，分光计主体，三棱镜水槽系统，CCD摄像头，显示屏，光屏，其中：所述分光计主体包括狭缝，平行光管，载物台，游标盘，刻度盘，望远镜；所述三棱镜水槽系统包括三棱镜，U型水槽，吸光物质，待测溶液；激光经过偏振片形成平行入射面的P偏振光，折射进入三棱镜后，在其底面和液体的界面处进行反射，出射光线在光屏上形成亮斑，旋转载物台，当三棱镜底面与液体界面的反射角为布儒斯特角时，光屏上的光强为零，此时再转动望远镜，测量激光入射光与出射光的夹角，则可得到液体的折射率，进而计算液体浓度。2.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量液体浓度的装置，其特征在于，所述偏振片的偏振化方向，可在竖直平面内旋转，使入射光经过偏振片后成为平行入射面的完全线偏振光(P光)。3.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量液体浓度的装置，其特征在于，所述三棱镜水槽系统中的玻璃三棱镜与U型水槽粘接，水槽中放入待测液体，形成玻璃与待测液体界面，当P光在该界面处入射角为布儒斯特角时，反射光线光强...
【专利技术属性】
技术研发人员：单煜成，韦景文，姚心宇，芮云军，杨迎，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。