基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法，涉及颗粒体系细微观技术领域。包括容器、颗粒、标定板和激光器，所述容器内盛放有溶液，所述容器的一侧设置有标定板，所述容器与标定板相对的另一侧设置有激光器，所述激光器用于向含有颗粒的溶液和不含有颗粒的溶液分别发送激光，向标定板上折射路径位置。本发明专利技术在溶液后方设立标定板，利用激光笔前后两次照射不含颗粒材料的溶液以及加入颗粒材料的溶液，通过判断两次照射在标定板上的折射位置是否重合，来确定所配置的溶液是否与颗粒材料折射率相同。是否与颗粒材料折射率相同。是否与颗粒材料折射率相同。

【技术实现步骤摘要】
基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法


[0001]本专利技术属于颗粒体系细微观
，特别是基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]折射率匹配成像技术具有悠久的历史：它已被应用于可见光对比变散射实验、激光多普勒风速测量、血流风速测量、多孔介质流、流化床反应器和地下水水文等不同的学科。近年来，学者们将折射率匹配成像技术与颗粒图像测速和二维颗粒图像测速相结合，用于示踪颗粒的三维流场研究，即用折射率匹配成像技术对颗粒和悬浮液的全三维结构进行成像和重构。例如，Slotterback用折射率匹配成像技术跟踪压实颗粒材料中的颗粒运动，证明了接近干扰的颗粒物质和过冷液体中的颗粒动力学之间的共性；Huang用折射率匹配成像技术颗粒跟踪测速法，以及从不同切片获得的速度测量值的共同配技术，测得了二维流速场，以及相应的孔隙和速度分布。
[0004]折射率匹配成像技术工作原理如下：选择透光性好的材料作为研究对象，通过将透明颗粒浸入液体中，使用激光片激发液体，并用CCD相机记录图像，完成对颗粒体系的内部观测，实现整体可视化，实验装置如图1所示。
[0005]但是这里会存在一个问题：众所周知，光在穿过不同介质时，会发生折射现象。见图2(a)所示，当光线穿过放置颗粒材料的盒子壁，又传到第一个颗粒时，已经发生了三次折射。当光线继续前进离开第一个颗粒又传到第二个颗粒时，发生了五次折射。依此类推，光线每多穿透一个颗粒就要多折射两次。这样一来，假设图2(a)中两颗粒有完全相同的外形，但由于光在传到颗粒2时多发生了两次折射，因此在相机记录图像时，两颗粒会显示不同的外形。并且同一个颗粒，可能有的区域光线经过三次折射到达相机，而有的区域光线要折射五次才能到达相机。
[0006]专利技术人发现，为解决上述这一问题，可以选择在放置颗粒材料的盒子中，加入一种折射率与颗粒材料完全相同的液体。如图2(b)所示，在折射率与颗粒材料完全相同的液体中，光线除了在穿透放置颗粒材料的盒子壁时发生了两次折射，在进入盒子内部后，就不再发生折射，消除了因折射带来的误差。
[0007]然而，由于液体的浓度会影响折射率，相同溶质不同浓度的溶液折射率不同。这就带来了一个问题：如何确定所调配的设定浓度的溶液的折射率与颗粒材料的折射率相同呢？

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法，在溶液后方设立标定板，利用激光笔前后两次照射不含颗粒材料的溶液以及加入颗粒材料
的溶液，通过判断两次照射在标定板上的折射位置是否重合，来确定所配置的溶液是否与颗粒材料折射率相同，解决现有技术中的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]本专利技术第一方面提供了基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置。
[0011]基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置，包括容器、颗粒、标定板和激光器，所述容器内盛放有溶液，所述容器的一侧设置有标定板，所述容器与标定板相对的另一侧设置有激光器，所述激光器用于向含有颗粒的溶液和不含有颗粒的溶液分别发送激光，向标定板上折射路径位置。
[0012]优选的，所述溶液内放置有颗粒，所述颗粒为透明固体。
[0013]优选的，所述容器为透明材质制成，形状为方形。
[0014]优选的，当激光器对含有颗粒的溶液和不含有颗粒的溶液在标定板上的折射路径位置相同时，所述溶液与颗粒的折射率相同。
[0015]本专利技术第二方面提供了基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量方法。
[0016]基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量方法，包括以下步骤：
[0017]搭建测量装置；
[0018]向测量装置的容器内倒入待调配溶液，使用激光器向容器内的待调配溶液发射激光，激光经过容器和待调配溶液的折射后照射在标定板上；
[0019]记录激光经过容器和待调配溶液的折射后照射在标定板上的位置，设定为第一位置；
[0020]向待调配溶液内投入颗粒，使用激光器向装有颗粒的待调配溶液发射激光，激光经过容器、待调配溶液和颗粒的折射后照射在标定板上；
[0021]记录激光经过容器、待调配溶液和颗粒的折射后照射在标定板上的位置，设定为第二位置；
[0022]比较第一位置和第二位置是否重合，若重合，则待调配溶液和颗粒的折射率相同。
[0023]优选的，如果标定板上第一位置和第二位置两个位置不重合，说明激光前后两次穿过待调配溶液时路径发生了变化，待调配溶液折射率与颗粒折射率不一致，需要继续对待调配溶液进行浓度调配，直至第一位置和第二位置相重合。
[0024]优选的，所述待调配溶液的折射率范围包含颗粒的折射率范围。
[0025]优选的，所述颗粒的材质为折射率为1.49的有机玻璃。
[0026]优选的，所述待调配溶液为碘化钠溶液，碘化钠溶液的折射率范围为1.33
‑
1.50。
[0027]优选的，在20℃室温下，向200ml蒸馏水中加入342克碘化钠固体，得到的碘化钠溶液的折射率与折射率为1.49的有机玻璃颗粒的折射率一致。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：
[0029]1、本专利技术提供了折射率匹配成像技术固体和匹配液体的选择所需要考虑的因素，并提出了基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置及方法，选择透光性好的材料作为研究对象，为与溶液进行匹配尽量选择折射率低的透明固体作为实验材料，综合考虑价格、加工与材料性能，选择有机玻璃作为颗粒材料，考虑到安全性、稳定性以及粘度等方面，选择使用碘化钠溶液进行自行调配折射率匹配溶液。
[0030]2、进一步的，为了检验调制出的溶液与固体颗粒材料折射率是否匹配，本专利技术将
待调配的溶液倒入透明容器内，并在溶液后方设立标定板，使用激光笔激活溶液，激光经数次折射穿过溶液后会照射在标定板上；之后向溶液内加入数个实验所用的有机玻璃颗粒，保持激光、溶液以及标定板位置不变，此时激光会穿过溶液及部分颗粒，最终照射在标定板上。如果标定板上前后两个位置重合，则说明激光前后两次穿过溶液时路径没有发生变化，激光在装有颗粒的溶液内没有发生折射，此时溶液的折射率与颗粒一致，检测方法简单有效、成本较低。
[0031]3、相较于现有技术中采用阿贝折射仪去测量液体折射率，需要反复观察与校正等较为复杂的操作步骤、温度对测量结果的影响等情况，本专利技术的整个测量装置搭建容易、易实现，且测量方法效率高。
[0032]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置，其特征在于，包括容器、颗粒、标定板和激光器，所述容器内盛放有溶液，所述容器的一侧设置有标定板，所述容器与标定板相对的另一侧设置有激光器，所述激光器用于向含有颗粒的溶液和不含有颗粒的溶液分别发送激光，向标定板上折射路径位置。2.根据权利要求1所述的基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置，其特征在于，所述溶液内放置有颗粒，所述颗粒为透明固体。3.根据权利要求1所述的基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置，其特征在于，所述容器为透明材质制成，形状为方形。4.根据权利要求1所述的基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量装置，其特征在于，当激光器对含有颗粒的溶液和不含有颗粒的溶液在标定板上的折射路径位置相同时，所述溶液与颗粒的折射率相同。5.基于折射率匹配成像的溶液折射率匹配测量方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建测量装置；向测量装置的容器内倒入待调配溶液，使用激光器向容器内的待调配溶液发射激光，激光经过容器和待调配溶液的折射后照射在标定板上；记录激光经过容器和待调配溶液的折射后照射在标定板上的位置，设定为第一位置；向待调配溶液内投入颗粒，使用激光器向装有颗粒的待调配溶液发射激光，激光经过容器、待调配溶液和颗粒的折射后照射在标定...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡秀，于洋，顾焱吉，王潇，张兆军，牛庚，田勇，赵世军，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：