[实用新型]一种用于测量液相气体折射率的测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学折射率测量领域，具体涉及一种光学折射率测量仪，用于高压下的液相气体的各种特性参数的测量和定性分析，同时也可对常温、常压下液体溶液进行测量。

背景技术

折射率不仅是表征物质光学特性的基本物理量，而且也是新材料合成、物质鉴别和科学研究中一项重要的性能参数，其与物质的密度、浓度、温度以及应力等物理量有关，广泛地应用在光学、炼油、造纸、食品、材料等技术领域。

液相气体折射率与气体物理和化学性能参数存在着线性关系，折射率的测量相对于其他的物理量的测量更易于实现。根据Lorentz-Lorenz公式，物质的折射率是单位体积内物质中的微观粒子（原子或分子）的个数N的函数。由上述原理该液相气体折射率仪也可应用在气体鉴别和组份分析。

目前，液相气体折射率的测量方法主要分为波动光学、SPR技术、光纤传感技术、临界角法。波动光学优点是测量精度高，但该方法可实现性差、对设备要求较高、抗干扰性差、成本较高不适合大规模生产和应用。SPR技术的优点是测量精度高、适合商业应用，但该方法测量时间较长，无法实现在线测量、抗外界杂质干扰较差、界面金属膜容易被腐蚀，不适合极端条件下折射率测量。光纤传感技术的优点是测量灵敏度高、抗外界电磁干扰较强，但该方法对器件要求较高、系统实现成本较高、受气泡和界面杂质影响大。

临界角法的优点是测量精度高、抗干扰性强、系统维护简单、适合大规模生产和应用、适合极端条件液相气体折射率测量。阿贝折光计是临界角法的典型代表，因其测量原理简单、精度高、系统可靠性高、抗外界干扰强在工农业生产和科学研究领域大量使用。

临界角法由探测界面上光斑大小分为聚焦型临界法和发散型临界法。CN102012359公开了一种发散型临界角发测量液体参数的方法。该方法是将入射光线照射在探测界面质上，通过光线在探测界面发生部分反射和全反射从而液体折射率测量。该方法所需探测面较大，只适合测量在常温、常压下液体的参数。而且，由于发散型临界法其入射到棱镜探测面的光束具有固定的发散角，探测界面材料的折射率不均匀，因此折射率测量范围比较狭窄，探测面容易受杂质影响、束缚光束能力较差，容易因光线泄露而影响系统精度、棱镜斜面的空气隙容易受外界影响，而使系统失效。

聚焦型临界法是利用平凸透镜将入射光束聚焦在测量界面上，从而测量聚焦点处的折射率。该方法的优点是测量精度不受界面上折射率分布不同而受影响、成像端光斑的明暗界限明显、测量范围远比发散型临界法大、方便维护、易于大规模生产和应用。通过将装置倒置可以提高系统抗界面气泡和杂质的干扰，从而减小系统误差提高系统精度。通过改变照明系统的像距、物距以及透镜的焦距，可以增加棱镜探测面入射角的范围，从而达到扩大折射率测量范围。

实用新型内容

本实用新型目的在于提出一种基于全反射原理测量液相气体的折射率的测量仪，其利用聚焦型临界法测量液相气体的折射率，为气体鉴别和组份分析奠定了基础，同时该折射率具有取样少、适合高压等极端条件下液体或者液相气体的测量、精度高、在线测量、维护方便等优点。

实现本实用新型目的的一种用于测量液相气体折射率的测量仪，包括：

点光源照明模块，其包括LED光源、耦合器、多模光纤以及输出透镜，所述LED光源输出的光经所述耦合器耦合到多模光纤中，在多模光纤传输后经所述透镜聚焦后出射，以对待检测液相气体进行检测；

探测棱镜，其一表面与所述待测液体表面接触形成反射面，所述点光源照明模块出射后的光束在该反射面上聚焦为一点，形成光斑，并发生全反射和部分反射；

反射光接收模块，其用于收集经所述棱镜反射面反射的光线，并将收集的光信号转换成电信号形成图像信息输出；

图像分析模块，其对输出的图像信息进行处理，提取出光斑中的明暗界限，进而得到待测物的折射率。

作为本实用新型的改进，所述的测量仪还包括取样容腔用于容置待测液体，其上部表面开有圆孔，所述待测液体通过该圆孔与所述探测棱镜的表面接触形成所述反射面。

作为本实用新型的改进，入射到底面的光束中，入射角大于临界角的光束发生全反射，入射角小于临界角的光束发生部分反射，其部分能量透射到待测的液相气体中。

作为本实用新型的改进，所述的图像分析模块提取光斑中的明暗界限可以采用如下方法：

(a)在光斑图像中划取一包含所述明暗界限的区域；

(b)对所选取的区域，将其中每一行的图像数据叠加，得到一行叠加后的图像数据；