[发明专利]一种液体狭缝光栅以及液体鉴别装置和液体鉴别方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术以及液体鉴别技术领域，具体涉及一种液体狭缝光栅以及液体鉴别装置和液体鉴别方法。

背景技术

在海洋污染监测、水资源保护、制药工艺、食品饮料及工业用液等所有涉及液体检测的领域中，迫切需要有别于传统化学检测方法的无二次污染获得被测液体的物理、化学特性参数的液体检测鉴别方法。

目前，正在发展和采用的是液滴分析技术。其依据的是在液滴生长过程中液体的某些特性与液体在一定条件下形成的液滴特性关系密切，例如，在一定条件下液滴的体积大小与液体的表面张力、粘度、浓度以及化学组成成分等特性有关。

液滴分析技术具体的实现方法目前主要有：（1）光纤液滴分析技术，通过两根插入液滴内部的光纤分别将光导入液滴和获取经过液滴反射、吸收后的光信号，并由此得到接收发光强度随时间变化的曲线。（2）电容液滴分析方法，由滴头和环形极板构成特殊的电容传感器，将液滴生长过程中的体积变化转变成电容传感器电容量的变化。（3）光纤电容融合分析技术，一方面通过输入输出光纤分别将光导入液滴而获取经过液滴后的光信号，得到接收光强随液滴生长变化的曲线；另一方面通过由滴头和环形极板构成的特殊电容传感器，得到液滴的瞬时体积。两者的有机结合使液滴分析技术涉及了被测液体更多的特性，从而能够更全面地分析、鉴别被测液体，这种分析技术可以获得以液滴体积为基准的“液滴指纹图”。（4）图像液滴分析技术，用CCD直接记录液滴生长过程中的轮廓变化情况，观察分析液滴的几何形状特征，并利用图像处理技术通过边缘提取获得液滴的体积。克服了光纤液滴分析、电容液滴分析等通过间接方法了解液滴的生长变化过程的缺点。（5）光谱液滴分析技术，以上技术方法都是着重研究被测液体的物理特性，结合光纤分析技术和微型光谱仪不仅可以获得液体的物理参数还可获得被测液体的吸收光谱信息，满足生命科学，医药和环保等经常需要对液体的化学成分信息进行检测的各领域行业的需求。

此外，还发展了液滴散射技术、液滴生长振荡分析技术、虹分析技术等。

现有的这些液滴分析技术共同的基本要求就是要有一个能够精确控制液滴发生的装置，或是对自然形成的液滴才能进行检测，这样就限制了它的应用。此外，若要同时检测液滴生长过程所表现的物理、化学特性，建立包含光强信号、液滴体积信号、光谱信号等的三维液滴指纹图，提高液滴分析技术的鉴别能力，必然造成所需设备复杂、昂贵、体积庞大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种液体狭缝光栅以及液体鉴别装置和液体鉴别方法，该方法不仅能分析液体的物理特性，同时还能同步分析与液体的化学特性相联系的光谱特性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液体狭缝光栅，包括中部镂空的方形夹具，所述夹具镂空部分夹装有若干纤维细丝，所述纤维细丝平行排构成光栅结构，且这些纤维细丝之间的缝隙中充满待测液体。

上述若干纤维细丝之间的缝隙为10～100μm，纤维细丝的宽度5～30μm。

上述的纤维细丝的材料为金属丝或玻璃纤维。

上述的金属丝的材料为金、银、铜或铝。

一种液体鉴别装置，包括光源，以及在光轴上沿入射方向依次布置的第一透镜、液体狭缝光栅、第二透镜以及图像采集装置。

上述光源为白光光源或单色光源。

上述液体狭缝光栅包括若干纤维细丝，以及用于固定纤维细丝使其构成光栅结构的夹具。

上述图像采集装置为CCD、数字摄像机或照相机。

上述图像采集装置的信号输出端还连接有用于处理和分析数据的计算机。

本发明还公开了一种液体鉴别方法，包括以下步骤：

1）制作液体狭缝光栅，用夹具将纤维细丝夹紧，使纤维细丝彼此间留有相同间隙，构成光栅结构；将制作好的光栅用支撑架固定，下端浸入待测液体中，待测液体将在表面张力的作用下，沿纤维细丝间隙充满光栅，形成液体狭缝光栅；

2）搭建测量装置，设置光源，在光轴上，沿入射方向依次设置第一透镜、液体狭缝光栅、第二透镜以及图像采集装置；图像采集装置的信号输出端连接有用于处理和分析数据的计算机；

3）用白光或单色光源照射间隙充满待测液体的液体狭缝光栅，用图像采集装置采集光栅衍射光强分布，并将图像送入计算机，得到峰值所在的像素位置以及对应的灰度值，通过对比光谱衍射峰位置以及光强，实现对待侧液体的鉴别。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：