[发明专利]基于漫反射激光外差相干的原位密度测量装置及方法

说明书

本公开提供了一种基于漫反射激光外差相干的原位密度测量装置和方法，该装置包括：激光器，用于产生探测激光；外差相干模块，设于激光器之后，用于将探测激光分为测量光和参考光，使测量光穿过透射式漫反射介质密度测量模块探测待测介质，测量光的返回光与参考光发生干涉，产生干涉光信号，解调干涉光信号，输出待测介质的密度；透射式漫反射介质密度测量模块，设于外差相关模块之后，用于将测量光与待测介质耦合，并通过漫反射物体使测量光的返回光原路返回至外差相干模块。该装置和方法通过结合外差与漫反射物体作为探测光反射的方法，解决了现有干涉测量介质密度存在的问题，实现了大动态范围、高精度下的介质密度原位测量。

技术领域

本公开涉及光学密度测量技术领域，尤其涉及一种基于漫反射激光外差相干的原位密度测量装置及方法。

背景技术

密度是物质的重要特性和指标，如大气密度、海洋密度，是生态环境观测的重要内容，通过密度可实现大洋温盐环流、气候变化、生物化学、海洋工程以及生态学等领域观测。

现有技术中的光学密度测量主要有基于激光偏折的密度检测，但其灵敏度不高，由于受V型槽角度及探测器限制，其动态范围不高，无法实现气液两相兼容测量；表面等离子体法通过金属表面对介质折射率变化敏感特性，但其探测头为金属薄膜，易腐蚀，无法长期在水下工作；高灵敏度马赫-曾德尔干涉仪通过相干原理实现对待测介质实现密度检测，是目前灵敏度最高的方法，但由于采用镜面反射或透射方式，针对不同介质引其光传输的角度差异较大，而相干对两束光的相干角度要求较严格，当介质折射率差异较大时，导致无法相干致使无法实现介质密度测量，因此该方法存在易扰动、动态范围小的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于漫反射激光外差相干的原位密度测量装置和方法，以解决上述技术问题。

本公开的一个方面提供了一种基于漫反射激光外差相干的原位密度测量装置，其特征在于，包括：

激光器，用于产生探测激光；

外差相干模块，设于所述激光器之后，用于将所述探测激光分为测量光和参考光，使所述测量光穿过透射式漫反射介质密度测量模块探测待测介质，所述测量光的返回光与所述参考光发生干涉，产生干涉光信号，解调所述干涉光信号，输出所述待测介质的密度；

透射式漫反射介质密度测量模块，设于所述外差相关模块之后，用于将所述测量光与所述待测介质耦合，并通过漫反射物体使所述测量光的返回光原路返回至所述外差相干模块。

可选地，所述外差相干模块包括：

第一偏振分光棱镜，用于将所述探测激光分为测量光和参考光；

分光棱镜，用于使所述测量光的返回光与所述参考光发生相干；

解调系统，用于解调所述干涉光信号，得到并输出所述待测介质的密度。

可选地，所述外差相干模块还包括：

外差调制器，设于所述第一偏振分光棱镜和所述分光棱镜之间，用于对所述参考光进行外差调制。

可选地，所述外差相关模块还包括：

第二偏振分光棱镜，设于所述第一偏振分光棱镜和所述分光棱镜之间，用于将所述测量光的返回光反射至所述分光棱镜；

反射镜，设于所述外差调制器与所述分光棱镜之间，用于将所述参考光反射至所述分光棱镜。

可选地，所述透射式漫反射介质密度测量模块包括：

待测介质测量区，用于设置所述待测介质；

漫反射物体，用于当所述测量光穿过所述待测介质测量区后，将所述测量光均匀反射形成原路返回的返回光。

可选地，所述透射式漫反射介质密度测量模块还包括：