一种探头式数显折光仪的制作方法

本发明涉及一种折光仪，尤其涉及一种探头式在线数字折光仪，属于液体浓度、折射率测量装置领域。

背景技术：

折射率是物质的重要物理常数之一，折射率与溶液浓度紧密相关，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。因此，通过折射率的测定，可以测定物质的纯度。阿贝折射仪(也称阿贝折光仪)是根据光的全反射原理设计的仪器，它利用全反身临界角的测定方法测定未知物质的折光率，可定量地分析溶液中的某些成分，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度，检验物质的纯度，是石油工业、油脂工业，制药工业，造漆工业、食品工业、日用化学工业，制糖工业和地质勘察等有关工厂，学校及研发单位不可缺少的常用设备之一。

目前市场上及厂矿广泛使用的均是手持式折光仪，通过目镜肉眼读数，由于人工读数误差难以避免，且只能抽样测量，效率较低，且无法测量阿贝数；而实验室中使用的数字化折光仪，和传统目视方法一样受到采样限制，无法适应现场连续测量、实时测量的需要；高精度的数字折光仪受光路影响，体积较大。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种探头式数显折光仪，通过本发明，完全克服了现有技术目视读数误差的影响，实现了一定范围折射率的实时在线测量，探头可介入液体环境下实现非采样测量，并通过光路设计大大缩小了探头尺寸，适用于油品测量、糖分测量等应用。

实现本发明的技术方案如下：

一种探头式数显折光仪，包括主机与探头，其特征是：主机内部分为上下两层，主机内部上层为有光信号发出侧，主机内部下层为光信号接收侧，在主机的一侧壁上设有光纤接口，光纤接头与光纤接口相连接，所述的光纤接头与探头之间通过光纤相连接，在主机的上表面上分别设有显示屏、开关键、校调按键和锁定键。

所述的探头式数显折光仪，所述的光信号发出侧包括信号处理电路板和激光光源控制电路板，所述信号处理电路板和激光光源控制电路板之间电连接，在主机内部上层光纤接口出口处设有锥形透镜，在锥形透镜的末端主机内部上层右上角处设有反射镜a，在反射镜a对侧主机内部上层右下角处设有激光光源a、激光光源b、激光光源c。

所述的探头式数显折光仪，所述的反射镜a与水平方向夹角为45°。

所述的探头式数显折光仪，所述的激光光源a与激光光源b之间夹角为4°，所述的激光光源b与激光光源c之间夹角为4°。

所述的探头式数显折光仪，所述激光光源a、激光光源b、激光光源c内激光二极管的规格分别为ml101j25三菱650nm100mw、pl450b欧司朗450nm80mw和pl520a欧司朗520nm120mw。

所述的探头式数显折光仪，所述的光信号接收侧包括电池和棱镜a，在主机内部下层光纤接口出口处设有棱镜a，在棱镜a的一侧设有微调槽，在棱镜a的对角主机内部下层右下角处设有反射镜b，在反射镜b对面主机内部下层左下角处设有光强传感器，所述光强传感器与信号处理电路板电连接。

所述的探头式数显折光仪，所述的反射镜b与竖直方向的夹角为29°。

所述的探头式数显折光仪，光纤内包含光导纤维a和光导纤维b，在探头7内部设置有裸纤孔a和裸纤孔b，在探头头部一侧设有棱镜b，在探头头部另一侧设有反射镜c，在探头外部设有探头外壳。

所述的探头式数显折光仪，所述的棱镜b由zf7材质的玻璃制成。

所述的探头式数显折光仪，所述电池为可拆卸式充电电池，为信号处理电路板、激光光源控制电路板、光强传感器供电。

本发明的有益效果是，本发明所述的一种探头式数显折光仪，完全克服了现有技术目视读数误差的影响，实现了一定范围折射率的实时在线测量，探头可介入环境下实现非采样测量，并通过光路设计大大缩小了探头尺寸，适用于油品测量、糖分测量等应用，通过在线测量液体的浓度，可以满足多种工业控制场合的过程控制需要。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明产品的整体结构示意图。

图2为本发明光信号发出侧内部结构示意图。

图3是本发明光信号接收侧内部结构示意图。

图4是本发明探头内部结构示意图。

图5是本发明探头与光纤接口连接时剖面结构示意图。

图6是本发明电路结构示意图。

图中：1.主机；2.显示屏；3.开关键；4.校调按键；5.锁定键；6.光纤接口；7.探头；8.光纤；9.光纤接头；10.信号处理电路板；11.激光光源控制电路板；12.激光光源a；13.激光光源b；14.激光光源c；15.反射镜a；16.电池；17.光强传感器；18.反射镜b；19.棱镜a；20.微调槽；21.探头外壳；22.棱镜b；23.反射镜c；24.裸纤孔a；25.裸纤孔b；26.光导纤维a；27.光导纤维b；28.锥形透镜。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

结合说明书附图1-6所述的一种探头式数显折光仪，包括主机1与探头7，主机1内部分为上下两层，主机1内部上层为光信号发出侧，主机1内部下层为光信号接收侧，所述的光信号发出侧包括信号处理电路板10和激光光源控制电路板11，所述信号处理电路板10和激光光源控制电路板11之间电连接，在主机1内部上层光纤接口6出口处设有锥形透镜28，在锥形透镜28的末端主机1内部上层右上角处设有反射镜a15，所述的反射镜a15与水平方向夹角为45°，在反射镜a15对侧主机1内部上层右下角处设有激光光源a12、激光光源b13、激光光源c14，所述的激光光源a12与激光光源b13之间夹角为4°，所述的激光光源b13与激光光源c14之间夹角为4°，所述激光光源a12、激光光源b13、激光光源c14内激光二极管的规格分别为ml101j25三菱650nm100mw、pl450b欧司朗450nm80mw和pl520a欧司朗520nm120mw；所述的光信号接收侧包括电池16和棱镜a19，所述电池16为可拆卸式充电电池，为信号处理电路板10、激光光源控制电路板11、光强传感器17供电，在主机1内部下层光纤接口6出口处设有棱镜a19，在棱镜a19的一侧设有微调槽20，在棱镜a19的对角主机1内部下层右下角处设有反射镜b18，所述的反射镜b18与竖直方向的夹角为29°，在反射镜b18对面主机1内部下层左下角处设有光强传感器17，所述光强传感器17与信号处理电路板10电连接；在主机1的一侧壁上设有光纤接口6，光纤接头9与光纤接口6相连接，所述的光纤接头9与探头7之间通过光纤8相连接，光纤8内包含光导纤维a26和光导纤维b27，在探头7内部设置有裸纤孔a24和裸纤孔b25，在探头7外部设有探头外壳21，在探头7头部一侧设有棱镜b22，所述的棱镜b22由zf7材质的玻璃制成，在探头7头部另一侧设有反射镜c23，在主机1的上表面上分别设有显示屏2，显示屏2是12846液晶模块，开关键3，校调按键4，校调按键4在测量前用于校正，减小误差，锁定键5，锁定键5用于锁定屏幕读数。

其中，激光光源a12与激光光源b13之间设置4°夹角，激光光源b13与激光光源c14之间设置4°夹角是为了将三束激光合并为一束，根据本装置的具体尺寸及使用要求设置夹角为4°；设置反射镜b18与竖直方向的夹角为29是为了使得反射光反射到指定位置，29°夹角是根据本折光仪整体尺寸计算得出的；信号处理电路板10和激光光源控制电路板11用于读数的计算。

介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法，或通过迈克尔逊干涉仪利用等厚干涉的原理测出；液体介质常用临界角法（阿贝折射仪）。

测量原理：

斯涅耳定律：n1sinθi＝n2sinθt

反射系数公式为：

透明物质在折射白光时会发生色散这一特殊现象，阿贝数就是用以表示透明物质色散能力的反比例指数，阿贝数的计算：通过三个光强值可以通过定标得到的折射率-光强函数计算出三种波长的折射率。再通过下述公式计算阿贝数vd，本发明可以测量阿贝数，以阿贝数来反映待测样品的折射率情况：

其中：n450：450nm波长折射率；

n520：520nm波长折射率；

n650：650nm波长折射率；

本发明的电路结构图如图6所示，信号处理电路板10采用89c51型号电路板，激光光源控制电路板11包含三组激光驱动电路和激光二极管，三组激光二极管分别为ml101j25三菱650nm激光二极管、pl450b欧司朗450nm激光二极管和pl520a欧司朗520nm激光二极管，其中ml101j25三菱650nm激光二极管的激光驱动电路端口5连接信号处理电路板10的端口33，pl450b欧司朗450nm激光二极管的激光驱动电路端口5连接信号处理电路板10的端口31，pl520a欧司朗520nm激光二极管的激光驱动电路端口5连接信号处理电路板10的端口29；显示屏2采用led12846液晶模块，显示屏2的4至17端口连接信号处理电路板10的30至40和4-18处对应端口，光强传感器17规格是tsl2561光强模块，用于接收经过待测液体之后的光强，三组光强模块的3、4端口分别连接连接信号处理电路板10的1-11处对应端口，电池16给整个仪器提供电源，微调槽20用于微调三棱镜角度,在微调槽20内设有螺丝，通过旋拧螺丝来调整棱镜19的角度。

实施本发明所述的探头式数显折光仪，使用时，将探头式数显折光仪的探头7放入待测液体内后，按下探头式数显折光仪主机上的开关键3开机后，信号处理电路板10与激光光源控制电路板11通电开始工作，激光光源控制电路板11驱动激光光源a12、激光光源b13、激光光源c14工作，由激光光源a12、激光光源b13、激光光源c14发出激光，射向反射镜a15，激光经反射镜a15反射后射向锥形透镜28，激光透过锥形透镜28进入光导纤维a26，经光纤8传输后由光导纤维a26的另一端射出，激光进入裸纤孔a24，再进入棱镜b22，激光从棱镜b22射出后射向待测液体，激光一部分会被待测液体反射，一部分会射入待测液体，被待测液体反射的激光射向反射镜c23，激光经反射镜c23反射后进入裸纤孔b25，再进入光导纤维b27，经过光纤8传输后激光由光导纤维b27的另一端射出，激光经棱镜a19折射后射向反射镜b18，反射镜b18反射后激光射向光强传感器17，光强传感器17检测光强度后将数据传输至信号处理电路板10,信号处理电路板10计算并测量返回光强度，通过计算强度值得到待测液的折射率，最后在显示屏2显示测量结果。

本发明所述的探头式数显折光仪在使用时可以先将探头7放入待测液体内，也可以开机启动后将探头7自然放置，若将探头7自然放置于空气中，显示器不显示读数。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。