一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置的制造方法
【专利摘要】一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，包括光源，光源输出的平行光束经可变光束扩束器/缩束器调整光束直径后垂直入射到光栅上发生衍射，生成不同级次的衍射光，各级衍射光通过样品池折射后在样品池另一侧不同位置处形成光点，样品池为透明玻璃制成，利用图像采集系统和图像处理系统计算注入待测液体前、后的各光点之间的距离，从而计算出待测液体的折射率，本实用新型结构简单、操作方便、测量精度高、不受液体折射率大小限制，且易于生产和推广应用。
【专利说明】
-种基于光栅衍射的液体折射率测量装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及折射率测定技术领域，具体设及一种基于光栅衍射的液体折射率 测量装置。
【背景技术】
[0002] 折射率是液体的重要光学参数之一，它能反映液体的浓度、纯度W及色散等性质， 在食品、化工、医药等领域的液体性质测试、化学结构分析及物质鉴定等方面具有重要的应 用。近年来随着环境污染控制、生物化工的兴起与发展，液体折射率的研究与应用领域也在 不断的扩展，如环境保护中用来检测水污染;实验室用来快捷的测量化学溶液的浓度;生物 领域用来检测菌类的生长状况等。
[0003] 现有的折射率测定仪器，大多是针对透明固体折射率的测定，针对透明液体折射 率测定的仪器较少，且仪器结构复杂、操作难度大、价格昂贵，不便于在学校教学、实验及工 程测量中广泛推广。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于光栅衍射的 液体折射率测量装置，结构简单、操作方便，并且具有测量精度高，不受液体折射率大小限 制的优点。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用W下技术方案：
[0006] -种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，包括光源1，光源1输出的平行光束经 可变光束扩束器/缩束器2调整光束直径后垂直入射到光栅3上发生衍射，生成不同级次的 衍射光，各级衍射光通过样品池4发生折射，样品池4的另一侧设有图像采集系统5,图像采 集系统5的输出和图像处理系统6的输入连接，图像处理系统6的输出和计算机连接。
[0007] 所述的光栅3为透射式位相光栅，其没有刻痕的一面靠近样品池4 一侧固定放置。
[0008] 所述的光源1输出的光为可见平行光。
[0009] 所述的样品池4由透明玻璃制成，长度为40~60cm，宽度为4~IOcm,高度为10~ 20cm。
[0010] 所述的图像采集系统5和图像处理系统6采用嵌入式结构，电荷禪合元件(CCD)探 测光点位置，其输出经图像采集卡模数转换后，输入计算机进行分析和计算。
[0011] 本实用新型的有益效果为:通过样品池4注入待测液体前后的各折射光点之间的 距离，计算出待测液体的折射率，测量精度高、不受液体折射率大小限制，结构简单、操作方 便，易于生产和推广应用。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0013] 图2是样品池4未注待测液体时衍射光的光路图。
[0014] 图3是样品池4注入待测液体时衍射光的光路图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0016] 如图1所示，一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，包括光源1，光源1输出的 平行光束经可变光束扩束器/缩束器2调整光束直径后垂直入射到光栅3上发生衍射，生成 不同级次的衍射光，各级衍射光通过样品池4发生折射，并在样品池4的另一侧形成多个光 点，样品池4的另一侧面设有图像采集系统5和图像处理系统6,用于测量各光点之间的距 离，从而计算待测液体的折射率。
[0017] 所述的光栅3为透射式位相光栅，其没有刻痕的一面靠近样品池4 一侧固定放置。
[0018] 所述的光源1输出的光为可见平行光。
[0019] 所述的样品池4由透明玻璃制成，长度为40~60cm，宽度为4~IOcm,高度为10~ 20cm。
[0020] 所述的图像采集系统5和图像处理系统6采用嵌入式结构，电荷禪合元件(CCD)探 测光点位置，其输出经图像采集卡模数转换后，输入计算机进行分析和计算。
[0021] 本实用新型的工作原理为：
[0022] 测量时，打开光源1，平行光束经可变光束扩束器/缩束器2调整光束直径后准直照 射到光栅3上，当样品池4中未注入待测液体时(样品池4中只有空气），如图2所示，零级衍射 光束打在样品池4另一侧的A点，一级衍射光束打在样品池4另一侧的C点，利用图像采集系 统5和图像处理系统則尋A和C点的位置进行标记。
[0023] 然后往样品池4中注入待测液体，如图3所示，零级衍射光束扔打在样品池4另一侧 的A点，但一级衍射光束从空气进入待测液体时被折射（忽略样品池3的薄壁引起的光束侧 移），然后打在样品池4另一侧的B点，利用图像采集系统5和图像处理系统6也将B点的位置 进行标记。
[0024] 根据折射定律，寺
其中，n为待测液体的折射率，i为入射角，r为折射角。 从图2、图3可W看出，
其中，AB和AC可W利用图像采集系统5和图像 处理系统6测出，OB和OC可W在测出样品池4的长度L后，利用勾股定理计算出来。即待测液 体折射率n的计算公式可表示为
[0025]
【主权项】
1. 一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，包括光源（1)，其特征在于:光源（1)输出 的平行光束经可变光束扩束器/缩束器（2)调整光束直径后垂直入射到光栅（3)上发生衍 射，生成不同级次的衍射光，各级衍射光通过样品池(4)发生折射，样品池(4)的另一侧设有 图像采集系统(5)，图像采集系统(5)的输出和图像处理系统(6)的输入连接，图像处理系统 (6)的输出和计算机连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，其特征在于:所述 的光栅(3)为透射式位相光栅，其没有刻痕的一面靠近样品池(4) 一侧固定放置。3. 根据权利要求1所述的一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，其特征在于:所述 的光源（1)输出的为可见平行光。4. 根据权利要求1所述的一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，其特征在于:所述 的样品池(4)由透明玻璃制成，长度为40~60cm，宽度为4~10cm，高度为10~20cm。5. 根据权利要求1所述的一种基于光栅衍射的液体折射率测量装置，其特征在于:所述 的图像采集系统（5)和图像处理系统(6)采用嵌入式结构，电荷耦合元件(CCD)探测光点位 置，其输出经图像采集卡模数转换后，输入计算机进行分析和计算。
【文档编号】G01N21/41GK205719966SQ201620545494
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】辛督强, 高健, 郑张龙, 曹应根, 徐婷婷
【申请人】西京学院