一种折光浓度计的光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学系统设计领域，涉及一种折光浓度计的光学系统。
【背景技术】
[0002] 溶液浓度是科学研究与工业生产领域中一项重要的计量参数。目前的测试方法主 要分为以下几种：1、比重计法。该方法需要通过在被测样品中取样进行测量，操作繁琐，效 率低，无法实时监控溶液浓度变化。2、惯性深度测量计法。该方法的测量装置结构复杂，环 境条件要求较高；而采取折射原理的折光浓度计具有操作简便，精度较高，结构简单，可实 时监控溶液浓度变化的优点。光学系统作为折光浓度计的核心，因此研究折光浓度计的光 学系统具有重要的实际意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种折光浓度计的光学系统，该光学系统具有结构简便，尺 寸紧凑，成本低廉的优点。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种折光浓度计的光学系统，由光源、棱镜系统、准直系统、探测系统组成，光源所 发出的光经过棱镜系统后，一部分光束发生全发射进入到准直系统中会聚成平行光进入后 续的探测系统中。
[0006] 本发明中，所述光源采用LED光源，工作波长为589nm。
[0007] 本发明中，所述光源的发射角适用于±5°~±15°。
[0008] 本发明中，所述光源发出的光从棱镜靠近光源的一边入射，靠近准直系统的一边 边射出，入射角度为正入射。
[0009] 本发明中，所述棱镜系统采用Nd= 1. 52,Vd= 64. 2的材料制成。
[0010] 本发明中，所述准直系统采取了单片高次非球面透镜，其非球面系数应满足下列 公式：
[0011]
[0012] 其中：z是非球面在光轴方向上的矢高，c是非球面顶点的曲率半径，k是二次常 数，y是轴向距离，非球面系数D、E、F、G、H、I至少一个不为零。
[0013] 本发明中，所述探测系统中采取线阵CCD作为探测元件。
[0014] 本发明中，所述线阵C⑶像元大小14.4ym，像素数量为1024。
[0015] 本发明具有如下优点：
[0016] 1、采用了折反式结构，经过准直系统后的光束为平行光，可以做到光学部分与探 测系统保持较远的距离。针对高温液体的测量可对探测系统起到一定程度的保护作用。
[0017]2、本系统光学部分由棱镜和一片透镜组成，具有结构简单、装调方便的优点。
[0018] 3、本系统采取低成本玻璃设计，可做到低成本批量生产。
【附图说明】
[0019] 图1为工作原理示意图，图中：1为光源，2为棱镜系统，3为准直系统，4为探测系 统；
[0020] 图2为准直系统镜片示意图，图中：d为透镜的中心厚度，R1为透镜前表面曲率半 径，R2为透镜后表面曲率半径。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0022] 本发明提供的折光浓度计光学系统主要包括以下四部分：1-光源、2-棱镜系统、 3_准直系统、4_探测系统。
[0023] 折光仪是利用光在溶液界面的折反射，通过测量全反射临界角来检测溶液的折射 率，从而测量其浓度值的仪器。如图1所示，工作中，棱镜系统2的表面A与所测溶液接触。 LED光源1发射的光束进入棱镜系统2,在棱镜系统2的表面A发生部分全反射，发生全发 射的一部分光进入后续的准直系统3准直后，进入探测系统4中。通过探测系统4记录折 反射分界线的位置，实现对被测溶液折射率的测量。准直模块的镜片数据如表1所示。
[0024] 表1准直模块的镜片数据
[0025]
【主权项】
1. 一种折光浓度计的光学系统，其特征在于所述光学系统由光源、棱镜系统、准直系 统、探测系统组成，光源所发出的光经过棱镜系统后，一部分光束发生全发射进入到准直系 统中会聚成平行光进入后续的探测系统中。2. 根据权利要求1所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述光源采用LED光源， 工作波长为589nm。3. 根据权利要求1或2所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述光源的发射角 适用于±5°~±15°。4. 根据权利要求1所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述棱镜系统采用Nd= 1. 52,Vd= 64. 2的材料制成。5. 根据权利要求1所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述准直系统为单片高 次非球面透镜。6. 根据权利要求5所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述单片高次非球面透 镜的非球面系数应满足下列公式：其中：z是非球面在光轴方向上的矢高，c是非球面顶点的曲率半径，k是二次常数，y是轴向距离，非球面系数D、E、F、G、H、I至少一个不为零。7. 根据权利要求1所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述探测系统中采取线 阵CCD作为探测元件。8. 根据权利要求7所述的折光浓度计的光学系统，其特征在于所述线阵CCD像元大小 14. 4ym，像素数量为1024。
【专利摘要】本发明公开了一种折光浓度计的光学系统，所述光学系统由光源、棱镜系统、准直系统、探测系统组成，光源所发出的光经过棱镜系统后，一部分光束发生全发射进入到准直系统中会聚成平行光进入后续的探测系统中。本发明具有如下优点：1、采用了折反式结构，经过准直系统后的光束为平行光，可以做到光学部分与探测系统保持较远的距离。针对高温液体的测量可对探测系统起到一定程度的保护作用。2、本系统光学部分由棱镜和一片透镜组成，具有结构简单、装调方便的优点。3、本系统采取低成本玻璃设计，可做到低成本批量生产。
【IPC分类】G01N21/43
【公开号】CN105021571
【申请号】CN201510434374
【发明人】解放, 卢倩倩, 陈守谦, 党凡阳, 张爱红, 范志刚
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月22日