液体折射率测量装置及测量方法与流程

本发明涉及激光测量技术领域，特别是涉及一种液体折射率测量装置及测量方法。

背景技术：

在现今的科学研究中，人们对折射率的研究不只停留在定性的了解，更趋于定量的研究。在现实生活中，常用到折射率来解决实际问题，例如：通过折射率的测量来鉴别牛奶是否是天然的，通过折射率来鉴别宝石的真伪，等等。

随着科学的发展液体折射率的测量成为现代科学领域研究的一个重要课题。测量液体的折射率方法很多，如偏振法，折射法等等。但传统的液体折射率测量方法精度不高并且对液体的颜色深度有比较大的限制。

技术实现要素：

基于此，有必要针对液体折射率测量精度不高并且对液体的颜色深度有限制的问题，提供一种液体折射率测量装置及测量方法。

一种液体折射率测量装置，包括：

激光回馈干涉仪，用于测量待测液体旋转固定角度的光程变化；

比色皿，设置于从激光回馈干涉仪输出的激光的光路上，用于盛放待测液体，所述激光穿过所述比色皿；

反射镜，设置于从比色皿输出的激光的光路上，用于将接收到的激光反射回激光回馈干涉仪，形成回馈激光。

上述液体折射率测量装置，通过激光回馈干涉仪测量液体旋转固定角度的光程的变化，从而得到液体的折射率。采用本发明提供的液体折射率测量装置测量液体的折射率，灵敏度高并且具有较高的折射率测量精度。

在其中一个实施例中，还包括转台，用于承载比色皿，所述比色皿固定设置于转台上，所述转台用于带动所述比色皿转动。

在其中一个实施例中，所述比色皿旋转轴与所述激光回馈干涉仪输出激光的轴线相交。

在其中一个实施例中，所述比色皿旋转轴垂直于所述激光。

在其中一个实施例中，所述液体折射率测量装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于根据测量数值得出待测液体折射率。

一种利用上述液体折射率测量装置测量液体折射率的测量方法，包括：

激光回馈干涉仪输出激光并接收反射镜反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，驱动比色皿旋转固定角度，得到第一光程值；

将比色皿复位，并在比色皿中装入待测液体；

激光回馈干涉仪数值复位，再次将比色皿同向旋转固定角度，得到第二光程值；

根据第一光程值和第二光程值获得待测液体折射率。

上述液体折射率的测量方法，利用所述液体折射率测量装置，通过激光回馈干涉仪测量比色皿放入液体前与放入液体后之间的光程的变化，得到待测液体的折射率。本方法测量精度高，简单易操作，激光回馈干涉仪可以进行弱光探测，对待测液体的颜色深度限制较小。

在其中一个实施例中，通过以下公式得到待测液体折射率n1：

n0sinθ0＝n1sinθ1

δl＝n1(d/cosθ1-d)

δl＝l2-l1

其中，n0为空气折射率，θ0为转台旋转的固定角度，θ1为激光在待测液体内的折射角，δl为激光回馈干涉仪两次测量光程差，l1为第一光程值，l2为第二光程值，d为比色皿通光方向两平行壁的间距。

在其中一个实施例中，所述方法还包括获取比色皿在激光回馈干涉仪出射的激光方向上两平行壁的间距的步骤：

激光回馈干涉仪输出激光并接收反射镜反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，驱动比色皿旋转固定角度，得到第一光程值；

将比色皿复位，在比色皿中装入折射率已知的液体；

激光回馈干涉仪数值复位，将比色皿同向旋转固定角度，得到第三光程值；

根据所述液体折射率与第三光程值获得比色皿通光方向两平行壁的间距。

在其中一个实施例中，通过以下公式得到比色皿通光方向两平行壁的间距d：

n0sinθ0＝n2sinθ2

δl＝n2(d/cosθ2-d)

δl＝l3-l1

其中，n0为空气折射率，θ0为转台旋转的固定角度，θ2为激光在折射率已知的液体内的折射角，δl为激光回馈干涉仪两次测量光程差，l3为第三光程值，n2为折射率已知的液体的折射率值。

一种液体折射率的测量方法，包括：

激光回馈干涉仪输出激光并接收反射镜反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，驱动比色皿旋转固定角度，得到第一光程值；

将比色皿复位，并在比色皿中装入待测液体；

激光回馈干涉仪数值复位，再次将比色皿同向旋转固定角度，得到第二光程值；

将比色皿复位，倒出比色皿中的待测液体，在比色皿中装入折射率已知的液体；

激光回馈干涉仪数值复位，，将比色皿同向旋转固定角度，得到第三光程值；

根据所述液体折射率与第三光程值获得比色皿通光方向两平行壁的间距；

根据第一光程值、第二光程值及比色皿通光方向两平行壁的间距，获得待测液体折射率。

上述液体折射率的测量方法，根据激光回馈干涉仪得到的光程值以及比色皿通光方向两平行壁的间距，获得待测液体折射率。测量精度高，简单易操作，激光回馈干涉仪可以进行弱光探测，对待测液体的颜色深度限制较小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的液体折射率测量装置示意图；

图2为本发明实施例提供的液体折射率测量方法示意图。

其中：

10-液体折射率测量装置；

110-激光回馈干涉仪；

111-数据处理模块；

120-比色皿；

130-反射镜；

140-转台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的一种液体折射率测量装置及测量方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明一个实施例，提供一种液体折射率测量装置10。包括：激光回馈干涉仪110、比色皿120与反射镜130。激光回馈干涉仪110用于输出激光并接收反射镜130反射回来的回馈激光并测量光程的变化。比色皿120设置于从激光回馈干涉仪110输出的激光的光路上，用于盛放待测液体，所述激光穿过所述比色皿120。反射镜130设置于从比色皿120出射的激光的光路上，用于将接收到的激光反射回激光回馈干涉仪110，形成回馈激光。

具体地，激光回馈干涉仪110可以根据实际需要进行选择，激光回馈干涉仪110可以为微片激光回馈干涉仪，微片激光回馈干涉仪用于获取激光光程的改变。微片激光回馈干涉仪测量精度高，可以测出10nm以下的光程变化，精度可以达到1ppm。比色皿120的型号与规格可以根据实际需要进行选择。比色皿120的厚度指比色皿120通光方向两平行壁的间距。比色皿120的厚度可以根据实际需要确定，比色皿120的厚度大于10mm小于100mm。比色皿120的厚度越厚，比色皿120旋转固定角度，激光穿过比色皿120后的光程改变就越大，液体折射率测量装置10的灵敏度就越高。因此，通过增加比色皿120的厚度，可以提高液体折射率测量装置10的灵敏度。同时，可以理解，由于比色皿120厚度越大，对光强的影响越大，因此，比色皿120的厚度大于10mm小于100mm，可以在保证激光回馈干涉仪110在能够接收到回馈激光的情况下，获得较高的灵敏度。

在其中一个实施例中，液体折射率测量装置10还包括转台140。转台140用于承载比色皿120，所述比色皿120固定设置于转台140上，所述转台140用于带动所述比色皿120转动。转台140与比色皿120相对静止设置，转台140旋转固定角度，即比色皿120旋转固定角度。比色皿120旋转的固定角度可以通过转台140得出。转台140的材质规格不限，只要实现转台140与比色皿120相对静止设置，转台140带动比色皿120转动这一功能即可。

进一步地，所述比色皿120旋转轴与所述激光回馈干涉仪110输出激光的轴线相交。比色皿120固定设置于转台140上，激光回馈干涉仪110输出的激光可以穿过所述比色皿120。进一步，所述比色皿120的旋转轴垂直于激光回馈干涉仪110输出的激光，从而能够减少后续处理难度，提高灵敏度。

在其中一个实施例中，液体折射率的测量装置10还包括数据处理模块111，所述数据处理模块111用于根据旋转角度以及激光回馈干涉仪110获取的数据，得出待测液体折射率。数据处理模块111通过对比色皿120旋转固定角度θ0，以及第一光程值l1与第二光程值l2进行计算，得到待测液体折射率。

本发明提供的液体折射率测量装置10，通过激光回馈干涉仪110及旋转比色皿120测量光程的变化，从而得到液体折射率。采用本发明提供的液体折射率测量装置10测量液体的折射率，灵敏度高并且具有较高的折射率测量精度。同时，该液体折射率测量装置通过激光回馈的方式，适用于弱光探测，从而对待测液体的颜色深度限制较小，能够测量高颜色深度的液体的折射率。

请一并参阅图2，本发明一个实施例，提供一种利用所述液体折射率测量装置10测量液体折射率的测量方法，包括：

s100，激光回馈干涉仪110输出激光并接收反射镜130反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，转台驱动比色皿120旋转固定角度θ0，得到第一光程值l1；

s200，将比色皿120复位，并在比色皿120中装入待测液体；

s300，激光回馈干涉仪110输出激光并接收反射镜130反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，再次将比色皿120同向旋转固定角度θ0，得到第二光程值l2；

s400，根据第一光程值l1和第二光程值l2获得待测液体折射率n1。

具体地，在步骤s100中，先将激光回馈干涉仪110输出激光并接收反射镜130反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，再将空的比色皿120旋转固定角度θ0，激光经反射镜130反射后原路返回至激光回馈干涉仪110，激光回馈干涉仪110得到第一光程值l1。其中，激光回馈干涉仪数值复位是指将激光干涉仪数值置零，即比色皿120初始的光程改变量为零。在测量光程值的过程中，从光程改变量为零时开始测量。

在步骤s200中，可将比色皿120复位后，在比色皿120中装入待测液体。可以理解，待测液体也可以在获得第一光程值l1之后，装入比色皿120中，然后再将盛有待测液体的比色皿120复位。

在步骤s300中，激光回馈干涉仪110输出激光，激光穿过装有待测液体的比色皿120后打在反射镜130上，激光经反射镜130反射后原路返回至激光回馈干涉仪110，激光回馈干涉仪数值复位，将装有待测液体的比色皿120再次沿同一方向旋转固定角度θ0，激光回馈干涉仪110得到第二光程值l2。其中，激光回馈干涉仪数值复位是指将激光干涉仪数值置零，即装有待测液体的比色皿120初始的光程改变量为零。在测量光程值的过程中，装有待测液体的比色皿120光程改变量为零时开始测量。

在步骤s400中，激光回馈干涉仪110将得到的数据传送至数据处理模块111，数据处理模块111根据第一光程值l1、第二光程值l2及旋转角度θ0得出待测液体的折射率n1。

进一步地，数据处理模块111可以通过以下公式得到待测液体折射率n1：

n0sinθ0＝n1sinθ1

δl＝n1(d/cosθ1-d)

δl＝l2-l1

其中，n0为空气折射率，θ0为转台旋转的固定角度，即θ0为激光入射到待测液体的入射角。θ1为激光在待测液体内的折射角。δl为激光回馈干涉仪两次测量光程差，即第一光程值l1与第二光程值l2的差值。d为比色皿120通光方向两平行壁的间距。在上述公式中，l2与l1的值可以通过激光回馈干涉仪110得到，n1和θ1为未知量，两个方程两个未知量即可解算出来待测液体折射率n1。

在其中一个实施例中，液体折射率的测量方法，还包括获取比色皿在激光回馈干涉仪出射的激光方向上两平行壁的间距d的步骤：

激光回馈干涉仪110输出激光并接收反射镜反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，驱动比色皿120旋转固定角度θ0，得到第一光程值l1；

将比色皿120复位，在比色皿120中装入折射率已知的液体，所述液体折射率为n2；

激光回馈干涉仪数值复位，将比色皿120同向旋转固定角度θ0，得到第三光程值l3；

根据所述液体折射率与第三光程值获得比色皿120通光方向两平行壁的间距。

具体地，准备一种折射率已知的液体，设液体折射率为n2，将所述液体装入比色皿120中。激光回馈干涉仪110输出激光，激光穿过装有待测液体的比色皿120后打在反射镜130上，激光经反射镜130反射后原路返回至激光回馈干涉仪110，激光回馈干涉仪数值复位。其中，激光回馈干涉仪数值复位是指将激光干涉仪数值置零，即装有折射率已知液体的比色皿120初始的光程改变量为零。在测量光程值的过程中，装有折射率已知液体的比色皿120从光程改变量为零时开始测量。将比色皿120旋转固定角度θ0，激光回馈干涉仪110得到第三光程值l3。激光回馈干涉仪110将得到的数据传送至数据处理模块111，数据处理模块111根据液体折射率n2与第三光程值l3获得比色皿120通光方向两平行壁的间距d。

进一步地，数据处理模块111可以通过以下公式得到比色皿120通光方向两平行壁的间距d：

n0sinθ0＝n2sinθ2

δl＝n2(d/cosθ2-d)

δl＝l3-l1

其中，n0为空气折射率，θ0为转台旋转的固定角度，即为激光的入射角。θ2为激光在液体内的折射角。δl为激光回馈干涉仪110两次测量光程l3与l1的差值。上述公式中，l1与l3的值可以通过激光回馈干涉仪110得到，d和θ2为未知量，两个方程两个未知量即可解算出来比色皿120通光方向两平行壁的间距d。

其中一个实施例，提供一种液体折射率的测量方法，包括：

激光回馈干涉仪110输出激光并接收反射镜130反射的回馈激光，激光回馈干涉仪数值复位，驱动比色皿120旋转固定角度θ0，得到第一光程值l1；

将比色皿120复位，并在比色皿120中装入待测液体；

激光回馈干涉仪数值复位，再次将比色皿120同向旋转固定角度θ0，得到第二光程值l2；

将比色皿120复位，将比色皿120中的待测液体倒出，在比色皿120中装入折射率已知的液体，所述液体折射率为n2；

激光回馈干涉仪数值复位，将比色皿120同向旋转固定角度θ0，得到第三光程值l3；

根据所述液体折射率n2与第三光程值l3获得比色皿120通光方向两平行壁的间距d；

根据第一光程值l1、第二光程值l2及比色皿120通光方向两平行壁的间距d，获得待测液体折射率n1。

进一步，可以根据得到的待测液体的折射率计算出待测液体的浓度。通常液体的浓度跟液体的折射率呈正相关，可以通过折射率与浓度的关系换算出液体的浓度。不同的液体浓度与折射率的关系不同，可以根据具体的液体的浓度与液体折射率的关系得到液体的浓度。

本发明提供的液体折射率的测量方法，利用所述液体折射率测量装置10，通过激光回馈干涉仪110测量比色皿120放入液体前与放入液体后之间的光程的变化，得到待测液体的折射率。本方法测量精度高，简单易操作，激光回馈干涉仪110可以进行弱光探测，对待测液体的颜色深度没有限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。