[发明专利]一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法,包括光源、扩束准直系统和分束镜，光源发出的光经扩束准直后，由分束镜分束，其中一束经第一平面反射镜反射形成标准光，另一束透过比色皿后，经第二平面反射镜反射形成检测光，检测光和标准光发生干涉，并由CCD探测系统采集图像，第一平面反射镜和第二平面反射镜形成平面反射镜劈尖，比色皿形成比色皿劈尖，平面反射镜劈尖和比色皿劈尖视作等效空气劈尖，比色皿中的包容物形成液体劈尖。本发明首次应用双劈尖干涉结构模型测量透明液体折射率，普适性强；将比色皿劈尖和迈克尔逊干涉仪组合在一起，操作简单，且排除溶液池在光路中对测量系统模型的干扰，装置结构简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种测量溶液折射率的装置及方法，尤其涉及一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法。

背景技术

折射率是透明溶液的一个重要光学参量，反映了溶液的一些内在性质，测量透明溶液折射率在制药、食品、材料和化工等领域应用广泛。例如，食品生产过程中，需要判断液体食品(饮品、酒类等)是否变质；液体药品制备过程中，有效成分的含量、杂质的比例等都需要进行相关的精密检测；化工领域中，工业零件润滑油中的极性分子含量的变化会直接影响到机械的使用寿命和运作质量，而这些都可以通过测量折射率实现。现今，折射率的测量方法按原理可以分为几何光学和波动光学两类。其中，几何光学原理测折射率，以全反射临界角法和最小偏向角法最为普遍，全反射临界角法的阿贝折射仪，结构简单，但阿贝折射仪标准块的加工制作以及对被测样品的要求都非常严苛，难以实现。而最小偏向角法通常应用于测量三棱柱形状固体材料的折射率，若要测量液体折射率则需制作已知顶角的空心三棱镜装置，结构复杂。波动光学原理测量折射率，可达到较高的精度，但往往存在装置结构复杂，器材成本昂贵等缺点。

公布号为CN112964671A的发明专利公开了一种设计散斑测量法的透明液体折射率测量方法及系统，方法简洁，不需利用另一液体作为测量标准，但要求两矩形容器位于光轴中的部分厚度和材质均相同，对容器的要求较高。公布号为CN114062318A的发明专利公开了一种利用线阵CCD测量液体折射率的装置及方法，操作简单，原理明晰，但是测量精度受到CCD检测到的光束直径的限制。公布号为CN114813639A的发明专利公开了一种利用两束激光测量液体折射率与深度的方法，该方法可以直观地看到现象，但激光折射后的光束与过入射点作垂直液体表面的法线之间的夹角不易测量。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置及方法，装置结构简单，易于实现，普适性强。

技术方案：本发明包括光源、扩束准直系统和分束镜，光源发出的光经扩束准直后，由分束镜分束，其中一束经第一平面反射镜反射形成标准光，另一束透过比色皿后，经第二平面反射镜反射形成检测光，检测光和标准光发生干涉，并由CCD探测系统采集图像，所述第一平面反射镜和第二平面反射镜形成平面反射镜劈尖，所述比色皿形成比色皿劈尖，平面反射镜劈尖和比色皿劈尖视作等效空气劈尖，比色皿中的包容物形成液体劈尖。

所述等效空气劈尖与液体劈尖构成双劈尖结构。

所述分束镜、第二平面反射镜和第一平面反射镜组成干涉系统。

一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的方法，包括以下步骤：

步骤一、采集多幅干涉条纹图；

步骤二、计算条纹间距：对采集的干涉条纹图进行傅里叶变换，得到零频与基频坐标位置，进而得到干涉条纹间距；

步骤三、计算双劈尖模型参数，获得条纹间距表达式；

步骤四、计算透明溶液折射率。

所述步骤一具体为：通过CCD探测系统采集空比色皿的干涉条纹图、比色皿装有纯水时的干涉条纹图和比色皿装有待测溶液时的干涉条纹图。

所述步骤二具体包括：