專利名稱：V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用光學(xué)手段，即利用紅外光，可見光或紫外光來(lái)測(cè)試或分析材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到利用干涉量度法，利用紋影方法測(cè)試液體的折射率。
背景技術(shù)：
液體折射率不僅是材料的一個(gè)重要光學(xué)參數(shù)，而且也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中一項(xiàng)重要的計(jì)量參數(shù)。目前，液體折射率的測(cè)量可分為幾何光學(xué)法和波動(dòng)光學(xué)法兩大類。兩類相比，各有特點(diǎn)。幾何光學(xué)法儀器構(gòu)成簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量條件要求低，測(cè)量精度能滿足要求，目前幾何光學(xué)法測(cè)量折射率的應(yīng)用更廣泛。光學(xué)測(cè)量?jī)x器數(shù)字化是光學(xué)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的重要方向，阿貝折射儀作為幾何光學(xué)法測(cè)量液體折射率的常用儀器，盡管目前已有“數(shù)字阿貝折射儀”，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁復(fù)、成本很高、維修難度大，因此難以推廣使用。專利號(hào)為ZL201010118923. 9、發(fā)明名稱為《液體折射率CXD實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及其測(cè)
量方法》中國(guó)發(fā)明專利，公開了一種基于光的全反射光闌效應(yīng)，采用對(duì)點(diǎn)光源在平板玻璃和液體界面上的全反射，所形成的與液體折射率相關(guān)的圓形暗斑直徑的測(cè)量，計(jì)算液體的折射率，較好地解決了液體折射率的快速檢測(cè)問(wèn)題。但該專利存在如下問(wèn)題首先，該裝置與方法為了提高測(cè)量精度，要求點(diǎn)光源的尺度盡可能地小，使得點(diǎn)光源的光強(qiáng)度不可能提高，因而形成的圓形暗斑邊界處光襯度較小，測(cè)量難度相對(duì)較大；其次，圓形光斑直徑的確定相對(duì)較難；其次，平板玻璃之間在形成均勻液膜的過(guò)程中很容易在局部出現(xiàn)空氣膜，對(duì)測(cè)量結(jié)果造成顯著影響；另外，該專利所述裝置操作相對(duì)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述液體折射率測(cè)量裝置的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、圖像邊界清晰且測(cè)量精度較高的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置。解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在不透光的殼體內(nèi)上端設(shè)置有圖像顯示玻璃，殼體內(nèi)下端設(shè)置有半導(dǎo)體激光器和CCD攝像頭，半導(dǎo)體激光器的輸出端通過(guò)光纖與圖像顯示玻璃聯(lián)接，CCD攝像頭的輸出端通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相連，上述的圖像顯示玻璃為圖像顯示玻璃上表面為V形槽形結(jié)構(gòu)，V形槽的兩側(cè)面為光學(xué)面，V形槽的兩側(cè)面以圖像顯示玻璃的對(duì)稱平面相對(duì)稱，圖像顯示玻璃的下表面為平面，圖像顯示玻璃的下表面上有位于V形槽底線的正下方、與V形槽底線平行的透光帶，V形槽底線與透光帶的中心線在同一個(gè)垂直平面內(nèi)，透光帶的幾何中心與CXD攝像頭的中心線相重合，透光帶為光學(xué)面，其余部分為毛化面；所述的光纖為光導(dǎo)纖維輸光帶。在圖像顯示玻璃下表面透光帶正下方設(shè)置有寬度與透光帶寬度相同的狹縫，光導(dǎo)纖維輸光帶的出光端設(shè)置在狹縫內(nèi)圖像顯示玻璃上、進(jìn)光端設(shè)置在半導(dǎo)體激光器的激光輸出端，在圖像顯示玻璃上表面設(shè)置有補(bǔ)償棱鏡，補(bǔ)償棱鏡的上表面設(shè)置有遮光蓋。
本發(fā)明的圖像顯示玻璃上表面V形槽兩側(cè)面的夾角Θ為140° 160°，圖像顯示玻璃下表面透光帶的寬度為O. 5 1mm。本發(fā)明的圖像顯示玻璃的V形槽底線到圖像顯示玻璃下表面的距離h為3 5mm。本發(fā)明的光導(dǎo)纖維輸光帶為在光纖套內(nèi)設(shè)置有排列成一排的光導(dǎo)纖維束，光導(dǎo)纖維的下端排列成圓柱形光導(dǎo)纖維束固定在與半導(dǎo)體激光器的激光輸出端相聯(lián)的光纖架上，每根光導(dǎo)纖維的出光端加工成球面形設(shè)置在圖像顯示玻璃的透光帶正下方。本發(fā)明的CCD攝像頭的像素為2048X2048。本發(fā)明的圖像顯示玻璃采用下表面為平面，上表面為V形槽結(jié)構(gòu)，下表面上有位 于V形槽底線的正下方、與V形槽底線平行的透光帶，V形槽頂線與透光帶的中心線在同一個(gè)垂直平面內(nèi)，透光帶為光學(xué)面，其余部分為毛化面，圖像顯示玻璃的透光帶上設(shè)置寬度與透光帶寬度相同的狹縫，圖像顯示玻璃的上表面V形槽中設(shè)置有與V形槽相適應(yīng)的補(bǔ)償棱鏡，本發(fā)明采用了光導(dǎo)纖維輸光帶，光導(dǎo)纖維輸光帶的出光端設(shè)置在狹縫內(nèi)圖像顯示玻璃上、入光端設(shè)置在半導(dǎo)體激光器的激光輸出端，所形成的圖像為矩形暗斑，圖像邊界清晰，與圓形暗斑相比，提高了測(cè)量精度。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度較高等優(yōu)點(diǎn)，可用于液體折射率的檢測(cè)。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的A-A剖視圖。圖3是圖I中圖像顯示玻璃3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖I中圖像補(bǔ)償棱鏡4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖I中光導(dǎo)纖維輸光帶7的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是采用本發(fā)明測(cè)量蒸餾水折射率的矩形暗斑照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I在圖1、2、3、4中，本實(shí)施例的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置由計(jì)算機(jī)I、殼體
2、圖像顯示玻璃3、補(bǔ)償棱鏡4、遮光蓋5、狹縫6、光導(dǎo)纖維輸光帶7、CXD攝像頭8、半導(dǎo)體激光器9聯(lián)接構(gòu)成。本實(shí)施例的殼體2橫截面為正方形，也可為長(zhǎng)方形，在殼體2的下端中心位置用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有CXD攝像頭8，CXD攝像頭8的像素為2048X2048，CXD攝像頭8通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)I相連，CCD攝像頭8將所拍攝的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)I按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示出計(jì)算結(jié)果。殼體2內(nèi)下端用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接有半導(dǎo)體激光器9，半導(dǎo)體激光器9為發(fā)光光源。殼體2內(nèi)上端安裝有圖像顯示玻璃3。本實(shí)施例的圖像顯示玻璃3上表面為V形槽形結(jié)構(gòu)，V形槽的兩側(cè)面為光學(xué)面，V形槽的兩側(cè)面的夾角Θ為150°，V形槽的兩側(cè)面以通過(guò)圖像顯示玻璃3中線的對(duì)稱平面相對(duì)稱。圖像顯示玻璃3的下表面為正方形平面，也可為長(zhǎng)方形平面，圖像顯示玻璃3的下表面上有位于V形槽底線的正下方、與V形槽底線平行的透光帶，V形槽底線與透光帶的中心線在同一個(gè)垂直平面內(nèi)，透光帶的寬度為O. 8mm,透光帶為光學(xué)面，其余部分加工成毛化面，圖像顯示玻璃3下表面透光帶的幾何中心與CXD攝像頭8的中心線相重合。V形槽底線到圖像顯示玻璃3下表面的距離h為4mm。圖像顯示玻璃3的折射率η為I. 7496，圖像顯示玻璃3下表面透光帶正下方用膠粘接有狹縫6，狹縫6的寬度與透光帶的寬度相同，光導(dǎo)纖維輸光帶7的出光端用光纖膠粘接在狹縫6內(nèi)，光導(dǎo)纖維輸光帶7的進(jìn)光端與半導(dǎo)體激光器9的激光輸出端相聯(lián)在圖像顯示玻璃3上表面V形槽中放置有補(bǔ)償棱鏡4，補(bǔ)償棱鏡4上表面的形狀為平面、下表面的形狀為與圖像顯示玻璃3上表面V形槽相配合的V形面，補(bǔ)償棱鏡4與圖像顯示玻璃3上表面V形槽的兩個(gè)光學(xué)面相配合的兩個(gè)下側(cè)面為光學(xué)面，補(bǔ)償棱鏡4的上表面、前端面和后端面為不透光面。補(bǔ)償棱鏡4的上表面用膠粘接有遮光蓋5。測(cè)液體的折射率時(shí)，在圖像顯示玻璃3上表面V形槽內(nèi)滴一滴被測(cè)液體，再將補(bǔ)償棱鏡4放置在圖像顯示玻璃3上表面的V形槽上，補(bǔ)償棱鏡4用于將待測(cè)液體在補(bǔ)償棱鏡4與圖像顯示玻璃3的V形槽側(cè)壁之間形成液膜。在圖2、5中，本實(shí)施例的光導(dǎo)纖維輸光帶7是由光纖套7-1、光導(dǎo)纖維7_2、光纖架7-3聯(lián)接構(gòu)成，光纖套7-1的形狀為扁平狀體，光纖套7-1內(nèi)裝有排列成一排的光導(dǎo)纖維束，光導(dǎo)纖維7-2具體根數(shù)應(yīng)按照狹縫6的具體長(zhǎng)度來(lái)確定，光導(dǎo)纖維7-2的下端伸出光纖套7-1外且排列成圓柱形光導(dǎo)纖維束，固定在光纖架7-3上，光纖架7-3通過(guò)螺紋與半導(dǎo)體激光器9的激光輸出端相聯(lián)，光導(dǎo)纖維束下端位于半導(dǎo)體激光器9的激光輸出光軸方向，每根光導(dǎo)纖維7-2的出光端面加工成球形面，光纖套7-1的上端用光纖膠粘接在狹縫6上，光導(dǎo)纖維7-2的出光端位于狹縫6內(nèi)圖像顯示玻璃3透光帶的下表面。由半導(dǎo)體激光器9射出的激光束，經(jīng)光導(dǎo)纖維輸光帶7傳輸，從光導(dǎo)纖維輸光帶7的光導(dǎo)纖維7-2球形端面射出，從圖像顯示玻璃3下表面的透光帶進(jìn)入圖像顯示玻璃3，到達(dá)圖像顯示玻璃3與待測(cè)液體之間的界面，在圖像顯示玻璃3的毛化面上形成矩形暗斑，CCD攝像頭8將接收到的矩形暗斑圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)通過(guò)電纜輸出到計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)I按下式
nL sin —^-^77^⑴
[L sin — + (Z cos — + 4Λ sin —) y計(jì)算待測(cè)液體的折射率、顯示出計(jì)算結(jié)果以及矩形暗斑的圖像。式中nx為待測(cè)液體的折射率、L為矩形暗斑的寬度、Θ為V形槽的兩側(cè)面的夾角，η為圖像顯示玻璃3的折射率、h為V形槽底線到圖像顯示玻璃3下表面的距離。采用實(shí)施例I的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置測(cè)量蒸餾水、無(wú)水乙醇折射率的方法步驟如下I、取出圖像顯示玻璃3的V形槽上放置的補(bǔ)償棱鏡4，用滴定管在V形槽中滴一滴蒸餾水，V形槽上放置好補(bǔ)償棱鏡4，補(bǔ)償棱鏡4壁面與V形槽壁面之間形成液膜。2、接通激光器電源，激光器出射光進(jìn)入光導(dǎo)纖維輸光帶7，從圖像顯示玻璃3下表面透光帶進(jìn)入圖像顯示玻璃3內(nèi)，在V形槽壁面與液膜界面上全反射，在圖像顯示玻璃3下表面的毛化面上形成矩形暗斑。3、按圖像顯示玻璃3的毛化面上Imm長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)CXD攝像頭8所攝圖像中25個(gè)像素個(gè)數(shù)標(biāo)定像素當(dāng)量，CCD攝像頭8將接收到的矩形暗斑圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)通過(guò)電纜輸出到計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)I由矩形暗斑寬度所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)686個(gè)，計(jì)算出矩形暗斑的寬度L為27. 44mm，按下式計(jì)算出液體折射率
權(quán)利要求
1.一種V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，在不透光的殼體(2)內(nèi)上端設(shè)置有圖像顯示玻璃(3)，殼體(2)內(nèi)下端設(shè)置有半導(dǎo)體激光器(9)和CCD攝像頭(8)，半導(dǎo)體激光器(9)的輸出端通過(guò)光纖與圖像顯示玻璃(3)聯(lián)接，CCD攝像頭(8)的輸出端通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)(I)相連，其特征在于所述的圖像顯示玻璃(3)為圖像顯示玻璃(3)上表面為V形槽形結(jié)構(gòu)，V形槽的兩側(cè)面為光學(xué)面，V形槽的兩側(cè)面以圖像顯示玻璃(3)的對(duì)稱平面相對(duì)稱，圖像顯示玻璃(3)的下表面為平面，圖像顯示玻璃(3)的下表面上有位于V形槽底線的正下方、與V形槽底線平行的透光帶，V形槽底線與透光帶的中心線在同一個(gè)垂直平面內(nèi)，透光帶的幾何中心與CXD攝像頭(8)的中心線相重合，透光帶為光學(xué)面，其余部分為毛化面；所述的光纖為光導(dǎo)纖維輸光帶(7);在圖像顯示玻璃(3)下表面透光帶正下方設(shè)置有寬度與透光帶寬度相同的狹縫￠)，光導(dǎo)纖維輸光帶(7)的出光端設(shè)置在狹縫￠)內(nèi)圖像顯示玻璃(3)上、進(jìn)光端設(shè)置在半導(dǎo)體激光器(9)的激光輸出端，在圖像顯示玻璃(3)上表面設(shè)置有補(bǔ)償 棱鏡(4),補(bǔ)償棱鏡(4)的上表面設(shè)置有遮光蓋(5)。
2.按照權(quán)利要求I所述的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于所述的圖像顯示玻璃(3)上表面V形槽兩側(cè)面的夾角O為140° 160°，圖像顯示玻璃(3)下表面透光帶的寬度為O. 5 1mm。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于所述的圖像顯示玻璃(3)的V形槽底線到圖像顯示玻璃(3)下表面的距離h為3 5mm。
4.按照權(quán)利要求I所述的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于所說(shuō)的光導(dǎo)纖維輸光帶(7)為在光纖套(7-1)內(nèi)設(shè)置有排列成一排的光導(dǎo)纖維束，光導(dǎo)纖維(7-2)的下端排列成圓柱形光導(dǎo)纖維束固定在與半導(dǎo)體激光器(9)的激光輸出端相聯(lián)的光纖架(7-3)上，每根光導(dǎo)纖維(7-2)的出光端加工成球面形設(shè)置在圖像顯示玻璃(3)的透光帶正下方。
5.按照權(quán)利要求I所述的V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于所說(shuō)的CCD攝像頭(8)的像素為2048X2048。
全文摘要
一種V形槽全反射液體折射率測(cè)量裝置，在不透光的殼體內(nèi)上端設(shè)圖像顯示玻璃、下端設(shè)輸出端通過(guò)光導(dǎo)纖維輸光帶與圖像顯示玻璃聯(lián)接的半導(dǎo)體激光器和輸出端通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相連的CCD攝像頭。上述的圖像顯示玻璃為圖像顯示玻璃上表面為V形槽形，V形槽的兩側(cè)面為光學(xué)面，圖像顯示玻璃的下表面為平面，圖像顯示玻璃的下表面上有位于V形槽底線的正下方、與V形槽底線平行的透光帶，透光帶為光學(xué)面，其余部分為毛化面。在圖像顯示玻璃下表面透光帶正下方設(shè)置有寬度與透光帶寬度相同的狹縫，光導(dǎo)纖維輸光帶的出光端設(shè)置在狹縫內(nèi)圖像顯示玻璃上、進(jìn)光端設(shè)置在半導(dǎo)體激光器的激光輸出端，圖像顯示玻璃上表面設(shè)置上表面裝有遮光蓋的補(bǔ)償棱鏡。
文檔編號(hào)G01N21/45GK102621100SQ20121008337
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者王少萍, 苗揚(yáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)