折射计的制作方法

专利名称：折射计的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于测定溶液中糖浓度或密度的折射计。
背景技术：
众所周知，用于测定溶液中糖浓度或密度的折射计可将光射在试样和棱 镜的分界界面上，然后利用光电传感器检测出在界面上的反射光，并且从光 电传感器输出的信号中测定出试样的折射率(糖浓度或密度)。利用折射计进 行测定的原理在于当棱镜和试样的界面发生全反射时的入射临界角视试样的 折射率而定。 .
在现有技术，如在已审查的实用新型申请公开号平3—26443中公开了一 种折射计，大体包括如图1所示的光学系统。换言之，在棱镜102和光源104 之间设置聚光透镜106，用以使来自光源104的光集中在焦点上。此外，将 物镜110设置在棱镜102和光电传感器108之间，该物镜用于将棱镜102输 出的光集中在光电传感器108上以便获得清晰的明/暗对比的界面位置。
然而，这样的光学系统因需要多个光学元件而存在生产成本高的问题。 而且，该结构中使用的元件包括光学元件，这些元件必须被彼此间隔地排列， 所以需要非常精确地定位，这也增加了生产成本。
通常，将折射计安装在围绕着界面表面112的试样台114上，该界面表 面112构成了棱镜102和试样S之间的界面。试样台114可与各种不同的试 样材料接触，这些试样材料可为滴落在其上的诸如食物、化学制剂、油脂、 高分子化合物等，因此，该试样台是由诸如不锈钢这样的具有高耐腐蚀的金 属来制成的。
在完成测定之后，必须将界面表面112和已经放置了试样S的试样台114 彻底擦干净，从而确保没有以前试样上的材料被留下来并污染了下面的测定。然而，在现有技术中，当所测定的试样是一种诸如淀粉糖浆等糊状物质时， 很难除去己经施加到折射计的试样台上的该试样材料。擦掉以前的试样材料 需要花费时间，就会引起降低测定操作效率的问题。而且，当去除试样材料
的擦拭动作被重复多次时，试样台114易于受到磨损。
一个影响用于测定诸如电池液等高腐蚀性试样物质的折射计的问题是试 样台114的使用寿命非常短。此外，如果使用能牢固地粘附到试样台114上 的诸如粘合剂等试样，就不可能剥去试样材料，并导致不可能进行进一步的 测定。
在前述的折射计操作中，其只能将界面表面112的反射光射入到光电传 感器108中，然而折射计不限于只在户内使用。当测定诸如从水果或蔬菜中 提取出的汁液或例如在汽车中使用的防冻剂这样的试样时，折射计可能要经 常在户外使用。在这种情况下，在空间和时间中可改变的外部光线从试样本 身的方向穿过棱镜102并射入到光电传感器108中。这样，另一个影响折射 计的问题是在户外环境中不能精确地测定折射率。
为了在户外也能精确地测定折射率，使用者可以在试样S上方用手作为 一个遮盖物或者利用一个遮盖物来遮断外部光线，然而，在进行测定时，用 手作为遮盖物或者打开和关闭一个遮盖物都很麻烦并会影响测定有效地进 行。

发明内容
为了解决上述影响现有折射计的问题，本发明的一个目的在于提供一种 可降低生产成本的折射计。
本发明的另一个目的在于提供一种可更有效测定并能用于测定各种试样 物质的折射计。
本发明的再一个目的在于提供一种即使在户外也能精确和有效地测定折 射率的折射计。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了 一种用于测定试样折射率 的折射计，该折射计包括 一个棱镜，其具有与所述试样相接触的界面表面； 一个光源，用于发光从而光通过所述棱镜的射入表面射入所述棱镜并且照在 所述界面表面上； 一个光电传感器，用于接收在所述界面反射并通过所述棱镜的射出表面从所述棱镜射入的光；其中，所述光源和所述光电传感器分别 附着在棱镜的射入表面和射出表面上。
本发明的另一方面提供了一种折射计，其包括 一个棱镜，其具有为试 样提供界面的界面表面； 一个试样台，其配置在所述界面表面的周围；其中， 所述试样台包括形成的非粘着性涂层。
本发明的另一方面提供了一种折射计，在该折射计中，光从光源射向为 试样提供界面的棱镜的界面表面，通过使用光电传感器检测所述界面表面的 反射光，以便以所述光电传感器的输出信号为基础测定试样的折射率，该折 射计包含 一个滤光装置，其配置在所述界面表面和所述光电传感器之间， 其中，所述滤光装置包括一个波长滤光器，其能够选择性地允许传输(tmnsmit) 具有在给定区域内的波长包括光源的光的波长在内的光。
本发明的另一方面提供了一种折射计，该折射计包括 一个棱镜，其具 有为试样提供界面的界面表面； 一个光源，其向所述界面表面射出光； 一个 光电传感器，用于接收所述界面表面的反射光；用于比较光能的装置(光能 比较装置)，用于当所述光源没有发光时，将所述光电传感器测定的光能与预 先设定的容许值进行比较； 一个显示装置，用于当所述光源没有发光时所测 定的光能值大于所述容许值时显示错误；光源控制装置，用于当所述光源没 有发光时所测定的光能值小于所述容许值时点亮所述的光源；以及用于计算 折射率的装置(折射率计算装置)，用于在光源发光的情况下，从所述光电传 感器测定的光能分布中计算折射率。
本发明的另一方面提供一种使用折射计计算折射率的方法，该折射计包 括 一个棱镜，其具有为试样提供界面的界面表面； 一个光源，其向所述界 面表面射出光； 一个光电传感器，用于接收所述界面表面的反射光；该方法 包括以下步骤当所述光源没有发光时，利用所述光电传感器测定光能分布； 当所述光源没有发光时，将测定的光能和预先设定的容许值进行比较；当所 述光源没有发光时所测定的光能值大于容许值时显示错误；当所述光源没有 发光时所测定的光能值小于所述容许值时，点亮所述光源并且利用所述光电 传感器测定光能分布；以及在所述光源发光的情况下，从测定的光能分布中 计算折射率。


结合附图，通过下面对优选实施例的说明将更清楚地理解本发明的这些
和其它的目的、特征和优点。其中 图1为现有折射计的横截面视图； 图2为本发明折射计的一个实施例的透视图； 图3为图1中折射计的主要部件的横截面视图； 图4揭示了由图1中折射计的滤光装置允许传输的光的光传输率； 图5是示意性地示出图1中折射计的主要部件的方框图； 图6为图1中折射计所使用的测定折射率的方法的流程图； 图7A和7B揭示了使用图1中折射计测定的光能分布；以及 图8至图10揭示了本发明的折射计的其它实施例。
具体实施例方式
现在，参考附图对本发明的实施例进行说明。在附图中使用相同或相似 的标记来代表相同或相似的部件。
图2揭示了本发明折射计的一个实施例。在该图中，折射计10包括机架 12，放置试样的试样台14，用于显示在试样中糖浓度或密度的显示部16以 及操作部18。
机架12通常是由树脂材料制成。在机架12的上部设有圆形的开口 22。 将试样台14配置并固定在该开口 22中。试样台14包含一个暴露到外面的试 样导向面24和一个大体上形成在该试样导向面24的中心的圆形开口 26。试 样导向面24包含一个邻近开口 22的圆周边缘的平表面24a和一个从该平表 面24a向开口 26对角向下朝内延伸的圆锥形表面24b。
图3为图2中折射计10的试样台14的横截面视图。
试样台14大体上为盘形并包括一个嵌入到开口 22中的厚中心部28和一 个从该中心部28向盘形的外部径向延伸的薄边缘部30。通过边缘部30上的 诸如螺钉等紧固装置(图中没有示出)使试样台14固定在开口 22的周围。
试样台14包括一个在上表面32上形成的非粘着性涂层34 (金属镀层)， 该涂层也环绕着试样导向面24。该涂层34包括金属和均匀分布在该金属中 的氟碳聚合物微粒。尤其是，该涂层34是一种由同时沉积在金属中的氟碳聚合物的共析化合微粒构成的复合涂层。可优选的是该涂层34的厚度约为3至 5 u m。
该涂层34的金属主要包括镍(Ni)，以及最好是包含镍和磷的镍磷合金。 涂层34的氟碳聚合物包括PTFE (聚四氟乙烯)。可优选的是，该涂层34包 括20—26vol^(体积比)的氟碳聚合物而且该氟碳聚合物微粒直径为0.2 0.3 ti m。
涂层34可以利用无电镀处理来形成，这样使均匀厚度的涂层适于粘附到 诸如不锈钢等金属材料的试样台14上。此外，在无电镀处理完成之后，通过 进行热处理可以获得较硬的涂层。
这样，涂层34具有与氟碳聚合物相同的非粘着性、防水、防油和耐磨损 (低摩擦性)性能。此外，这样的涂层具有与化学镀镍层形成的正常涂层相 同的抗腐蚀性能。因此，与不锈钢等通常用作现有试样台的材料相比，该涂 层34具有更优良的性能。
将棱镜38粘附到试样台14的下表面上并充满开口 26。如图3所示，该 棱镜38具有梯形的横截面并且包括一个暴露在开口 26的外部的表面40 (底 面)， 一个侧表面(射入表面)42，从光源46发出的光Ri射入到该侧表面中， 以及一个侧表面(射出表面)44，其将反射光Rr向外射出。外部暴露表面作 为为试样S提供界面的界面表面40。
界面表面40包括含有氟碳聚合物的涂层41。可优选的是，该涂层41具 有与涂层34相同的非粘着性和抗腐蚀性能。例如，由位于7-18-2 Arakawa， Arakawa-ku, Tokyo的Nikken涂层工业有限公司(Nikken Coating Industry Co. Ltd.)生产的Nanoclear涂层适合用作该涂层41 。
由于非粘着性涂层34位于折射计10的试样台14上，所以试样S就难以 粘附到试样台14上。同样，当非粘着性涂层41位于界面表面40上时，试样 S也难以粘附到界面表面40上。因此，当完成了折射率的测定之后，能将试 样S很容易地从试样台14和界面表面40上去除。这縮短了擦掉试样S所需 要的时间，从而提高了测定折射率的效率。
即使是在测定诸如电池液等高腐蚀性试样材料时，试样台14上涂层34 的优良抗腐蚀性能将延长试样台14的使用寿命。此外，试样台14上涂层34和界面表面40上涂层41的非粘着性能可对诸如粘合剂等高粘性物质的试样 进行折射率测定，而这些试样不能用现有的折射计来进行测定。
而且，试样台14上涂层34的防水性和防油性确保了滴落在试样台14的 试样导向面24上的试样S被推到界面表面40上，而且能容易地聚集并保持 在其上。因此，当将要测定的试样S滴落下来时，与现有的折射计相比本发 明不需要将试样非常确切地定位，从而使将要进行的折射率的测定更容易。
再者，当将试样S反复擦干净时，试样台14上涂层34和界面表面40上 涂层41的优良耐磨损性能避免试样台14和界面表面40受到磨损。将氟碳聚 合物微粒均匀地分散在涂层34中，这样，即使涂层34出现一些少量的磨损， 在涂层被完全耗尽之前都能保持前述的性能。
可优选的是，光源46为一个LED(发光二极管)，其射出波长约为589nm 的光。此外，光源46可以是一个高亮度的LED。
在本申请中，从光源46射向界面表面40的光Ri和界面表面40的法线 N所构成的平面(平行于图3的纸面的平面)是入射平面A(a plane-of-incident A)。
光源46包括一个扁平发光表面46a，该扁平发光表面46a粘附到射入表 面42上。当将市售的发光二极管用作光源46时，发光表面46a能通过切削 由透明的树脂构成的顶部并抛光其切削表面来形成。直接抵靠在棱镜38上的 光源46由于入射光Ri的射入表面42上的反射而减少了光能损失。
棱镜38的另一侧为射出表面44，在该射出表面上设有滤光装置54和光 电传感器52，其中，该滤光装置54用于选择例如入射光的偏振方向和波长， 该光电传感器包括一个线路传感器(line sensor),该线路传感器具有多个一 维布置的光接收元件，如光电探测器。
滤光装置54包括波长滤光器56、 58，其选择性地允许传输具有在给定 区域内的波长包括光源46的光的波长的光；偏光器60，其选择性地允许传 输给定的偏振光；以及一个减光(强度)滤光器62，其能减少光强度。
波长滤光器56、58进一步包括第一波长滤光器56和第二波长滤光器58， 其中，该第一波长滤光器选择性地允许传输仅具有比较短波长带的光，该第 二波长滤光器选择性地允许传输仅具有比较长波长带的光。第一波长滤光器56，其遮断从给定的波长长于光源46的光的波长到由 光电传感器52检测出的波长的最大值的波长区域内的光。例如，当光源46 为一个具有中心波长589nm的LED时，第一波长滤光器56是一种近红外线 切断滤光器，或者是一种热光线切断滤光器，其只允许传输较短波长，并遮 断约700nm或以上的近红外的光。尤其是例如，可将Schott Corporation制造 的BG40玻璃滤光器(带通滤光器)用作第一波长滤光器56。
在图4中，曲线Ta表示利用.l.Omm厚度的BG40滤光器作为第一波长滤 光器56时光的传输率(the rate of light transmission )。如图所示，第一波长滤 光器56允许传输70%以上的从约340nm至600nm包括光源46发出的具有 中心波长589nm的光在内的短波长区域内的光。
第二波长滤光器58，其遮断从给定的波长短于光源46的光的波长到由 光电传感器52检测出的波长的最小值的波长区域内的光。例如，当光源46 为一个具有中心波长589nm的LED时，第二波长滤光器58是这样一种滤光 器，其只允许传输较长的波长，并遮断可见区波长和大约550nm或以下的紫 外线光。尤其是例如，可将具有560nm的传输界限波长(传输率5%的吸收 界限波长和传输率72%的高传输波长的中点的波长)的锐利切断滤光器0-56 (sharp cut filter 0-56)用作第二波长滤光器58。
在图4中，曲线Tb.代表利用1.0mm厚度的0-56滤光器作为第二波长滤 光器58时光的传输率。如图所示，第二波长滤光器58允许传输70%以上的 从约570nm或更长包括光源46发出的具有中心波长589nm的光在内的长波 长区域内的光。该波长滤光器58具有约560mn点上的一半最大值 (harf-maximum value at approximately 560nm)。
在图4中的曲线Tc代表用于第一波长滤光器56和第二波长滤光器58组 合的光传输率。如图4所示，波长滤光器56和波长滤光器58的组合允许传 输70%以上的从约570nm至600nm波长区域的光。
再参考图3，将偏光器60设置成在入射平面A中具有一个传输轴，这样 阻挡S偏振光沿垂直于入射平面A的方向振荡，而且选择性地仅允许P偏振 光传输。仅P偏振光的传输使更大部分的来自外部的入射光被遮断。
减光(ND)滤光器62根据来自光源46的光的亮度减少光的比率。这样，当减光滤光器62将光源46照射光的光照度水平减少到光电传感器52接收到 的适当的光照度水平时，该滤光器62同时降低外光线的光照度。因此，从光 源46发出的光的亮度达到很高的程度，由于减光滤光器62的操作引起的光 降低的比率很高(传输率低)，从而降低了外光线在光透过减光滤光器62并 进入到光电传感器52中的比例。
如图3所示，可优选的是，滤光装置54形成一体化的主体，在该一体化 的主体中，波长滤光器56和58、偏光器60和减光滤光器62相互叠层在一 起。此外，可优选的是，将滤光装置54的第一表面54a粘附到棱镜38的射 出表面44上，并且将光电传感器52的受光表面52a粘附到滤光装置54的第 二表面54b上。这使滤光装置54和光电传感器52能够容易地相对棱镜38定 位并固定在其上。由于光电传感器52经由滤光装置54而粘附到棱镜38上， 所以通过在射出表面44和光电传感器52的受光表面52a上的反射光Rr的反 射而降低了光能的损失。
在本实施例中，滤光装置54的每一个滤光器56、 58、 60和62都设置成 能使来自界面表面40的反射光接连地传输(transmit)通过第一波长滤光器56、 偏光器60、第二波长滤光器58和减光滤光器62，然而，自然地，滤光器56、 58、 60和62的排列次序并不重要。
如上所述，在光源46和棱镜38之间省略了聚光透镜及在棱镜38和光电 传感器52之间省略了物镜能减小折射计的结构尺寸并降低生产成本。
通过第一步制造包括光源46、棱镜38和光电传感器52的光学系统机构 能很容易地构造出折射计10，其中该机构安装在机架12中。此外，由于光 源46，棱镜38和光电传感器52的定位是在把棱镜38固定在机架12之前就 已完成，所以本发明折射计比现有折射计的制造更简单。这也是降低生产成 本的另一个因素。
下面，结合附图3说明在折射计10的棱镜38区域中的操作。
当试样S滴落在界面表面40上时，点亮光源46并使从光源46发出的光 Ri射到界面表面40上。当入射角小小于根据试样S的折射率n确定的临界入 射角4c(n)时，射出的光Ri的大部分传输具有试样S的侧壁，而当入射角^ 大于临界入射角》c(n)时，光Ri被反射到具有光电传感器52的侧壁上。界面表面40反射的光线Rr射入到滤光装置54中。操作滤光装置54使 在含有光源46的波长的给定波长区域(例如550nm-600nm)内，相对入射平 面A平行振动的P偏振光传输到具有光电传感器52的侧壁。而且，将经过 滤光装置54的光照度减少到适合于光电传感器52能接收的光照度的范围内。
来自光源46的反射光主要包括波长约为589nm的光，而外光源的入射 光包括从红外线到紫外线的全部光谱的波长。因此，由于滤光装置54的操作 仅使具有波长约为589nm的光传输(transmit)，所以遮断住外光源进入光的大 部分，而且，使大部分来自光源46的反射光传输到光电传感器52中。此外， 操作滤光装置54仅使P偏振光被允许传输，而且由于传输光的光能减少了， 所以也进一步减少了外光与进入到光电传感器52的光的比率。因此，即使在 外光非常强的场合中，也可以进行测量而不会超出光电传感器52的动态范 围。
利用上述构成的折射计10，基于由光电传感器52测定的光能分布曲线， 与试样S的折射率(糖浓度，密度)对应的临界角点Pc (光电传感器与临界 角对应的位置)是根据下面的方法计算出来的。
首先，确定用于计算临界角点Pc的光能分布曲线的范围。该范围是从接 近光能分布曲线的最大微分值的位置(地址)的数据的预定数量(例如30个 点)的地址范围。可替换的是，在折射计10的折射率的测定范围存在一个非 常有限范围的情况下，可以使用通过参考折射率范围而提前确定的地址范围。
其次，利用该范围内的m个点的数据，通过下面的表达式计算重心位置
Pc '
在表达式(1)中，Xi表示每一个受光元件的位置(地址)，并且Ii表示在Xi的受光能(V)。从表达式(1)中可以了解到重心位置Pc'是光能分布曲 线的一次微分曲线(或一次差分曲线)的重心位置。
最后，将常数C加到该重心位置Pc'上，计算出临界角点Pc (=Pc' + C)。常数C是利用已知的试样折射率通过实验预先确定的值。
此处，在光能分布曲线包括大量外光的情况下，在光传输区域内光能分 布曲线和一次微分曲线的形状，随着外光的空间和时间变化而变化，导致每 一次重心位置Pc^的测定相对于真实的临界角点有大的变动。因此，不可能 精确地获得临界角点Pc和折射率。
利用本发明折射计的实施例，可以获得光能分布曲线，该曲线由于滤光 装置54的操作，不再包含大量的外光，从而获得稳定的重心位置Pc '。因 此，利用上述方法能精确地获得临界角点Pc，并且能精确地测定折射率。
还可利用光能分布曲线的二次微分或者一次微分和二次微分来进行临界 角点Pc的计算。
图5为折射计10的折射率检测部48的示意性方框图。如图所示，折射 率检测部48包括与光源46和光电传感器52相连的控制部64、与控制部64 相连的显示装置16a、以及启动开关18a和电源回路66。控制部64包括受光 能存储器68、容许值存储器70、光能比较装置72、折射率计算装置74、比 较结果存储器76、计算结果存储器78、光源控制装置80和显示决定装置82。
受光能存储器68存储由每个光电传感器52的受光元件接收到的光能信 息。尤其是，受光能输出作为从光电传感器52发出的电流信号，经I一V变 换器(图中未示)等变换成电压信号后，被变换成数字信号，然后再存储到 受光能存储器68中。
容许值存储器70存储从外部(外光)的入射光能的容许值。这些容许值 是从实验中确定的，从而确保虽受外光的影响，折射率的误差仍能在预定范 围之内。
比较结果存储器76存储一个[N-0]或[N4]值，表示是否外部的入射光能 小于容许值。[N-O]表示外部的入射光能值大于容许值，[N-l]表示外部的入 射光能值小于容许值。N的初始值设定为0。
当PSNO]时，光能比较装置72将已存储到受光能存储器68中每个光电传感器52的受光元件的入射光能和已存储到容许值存储器70中的容许值进行 比较。如果光能比较装置72确定外部的入射光能大于容许值，则装置72在 比较结果存储器76中将保持初始值|>[=0]。如果外部的入射光能小于容许值， 则光能比较装置72将存储在比较结果存储器76中的值改变成PSNI]。
当存储于比较结果存储器76中的值改变成[N-1]时，光源控制装置80使 光源46发光。
当[N4]时，折射率计算装置74利用上述方法中的表达式(1)，根据己 存储到受光能存储器68中每个光电传感器52的受光元件的入射光能分布(光 能分布曲线)，计算出临界角点Pc，并且从该临界角点Pc获得试样S的折射 率和糖浓度或密度。
计算结果存储器78存储由折射率计算装置74计算出的折射率和糖浓度 或密度。
根据存储在比较结果存储器76中的值N，显示决定装置82使显示装置 16a显示"外光错误"，以表示外部(外光)的入射光能过大，或者使显示装 置16a显示存储在计算结果存储器78中的糖浓度或密度。在比较结果存储器 76中的值为[NK)]的情况下，显示决定装置82使显示装置16a显示"外光错 误"。在比较结果存储器76中的值为[N-1]的情况下，显示决定装置82使显 示装置16a显示存储在计算结果存储器78中的糖浓度或密度。
显示装置16a，例如是一种分段显示式的LCD (液晶显示)，其可显示糖 浓度或密度、或者"外光错误"。此外，显示装置16a显示的错误包括，例如 当糖浓度或密度超出测定范围时显示"在测定范围以外"；当不能确定临界角 时显示"不能测定错误"，或者当温度处于能进行测定的范围之外时显示"温 度错误"。显示"外光错误"的装置可与显示糖浓度或密度的装置或显示其它 错误的装置间隔地设置。
下面，结合图5和图6对控制部64的操作进行说明。 图6是折射计10所使用的测定折射率的方法的流程图。 在步骤S200，将比较结果存储器76中的值设定为初始值，[N=0]。 在步骤S201，使用者将试样S放置在界面表面40上，然后按下启动按 钮18a并使电源回路66处于ON状态。在步骤S203，光电传感器52测定光能分布，并将每个光电传感器52的 受光元件的入射光能的信息存储在受光能存储器68中。
在步骤S205，由于比较结果存储器76中[N-O]，所以执行步骤S207的 操作。
在步骤S207，光能比较装置72将己存储到受光能存储器68中每个光电 传感器52的受光元件的入射光能和己存储到容许值存储器70中的容许值进 行比较。此处，由于光源46没有发光，所以每个受光元件的入射光只有从外 部入射到界面表面40的外光。
在步骤S207,如果这些受光元件中任一个的入射光能大于容许值，则光 能比较装置72在比较结果存储器76中保持初始值PSNO]并执行步骤S209。
在步骤S209，显示决定装置82根据比较结果存储器76中[N-O]令显示 装置16a显示"外光错误"，而且操作返回到步骤S201。由于显示装置16a 显示出"外光错误"，所以使用者会注意到由于外光太强而无法进行折射率的 测定，然后采取适当措施，诸如用手遮盖界面表面40来遮断住外光。
在步骤S201，使用者再次按下启动按钮18a。在步骤S203，光电传感器 52测定光能分布，并将测定的结果存储在受光能存储器68中。在步骤S205， 光能比较装置72根据比较结果存储器76中[N-O]进行操作，并执行步骤S207。
在步骤S207，例如，在使用者用手遮盖了界面表面40的情况下，所有 受光元件中接收的光能小于容许值，则在步骤S210，光能比较装置72将比 较结果存储器76中的值改变成[N-1]并执行步骤S211。
在步骤S211，光源控制装置80根据比较结果存储器76中[N4]而点亮 光源46，并使操作返回到步骤S203。在步骤S203，光电传感器52再次测定 光能分布，并将测得的结果存储在受光能存储器68中并执行步骤S205。
在步骤S205，折射率计算装置74根据比较结果存储器76中[N4]操作， 并执行步骤S213。
在步骤S213，折射率计算装置74根据已存储到受光量存储器68中每个 光电传感器52的受光元件的入射光能分布计算出折射率和糖浓度或密度。由 于在步骤S207中已证实外部(外光)的入射光能小于容许值，所以入射到受 光元件的光主要是从光源46发出并在界面表面40上反射的光。因此，从该光能分布能精确地测定出临界角点Pc，并且能精确地计算出糖浓度或密度。
然后，将获得的折射率和糖浓度或密度存储到计算结果存储器78中。
在步骤S215，根据比较结果存储器76中的值[N4]，显示决定装置82 使显示装置16a显示出存储在计算结果存储器78中的糖浓度或密度。
在上述进行测定的方法中，在步骤S209显示出"外光错误"之后，就不 再执行步骤S203，直到在步骤S201将启动按钮设置成ON状态为止，然而， 系统也能从步骤S209直接到步骤S203。这样，直到证实外部的入射光能小 于容许值[N4]，光电传感器52才能继续自动地重复测定。
下面，结合图7A和7B说明进行测定的实际例子。
图7A和7B揭示了使用折射计10测定的光量分布。在图7A和7B中， 横轴代表每个光电传感器52的受光元件的位置地址，纵轴代表每个受光元件 的受光能(V)。
图7A和7B中的虚线代表在图6所示的步骤S203中第一次测定的光能 分布，此时光源46没有发光。换言之，这些虚线代表外部入射光能的分布。 图7A和7B中的实线代表在光源46发光的情况下，步骤S203中测定的光能 分布。此处，将外部入射光能的容许值设定为40V。
在图7A的例子中，如虚线所示，在测定初始，在步骤S207判断出外部 的入射光能大于容许值，因此，在步骤S209显示"外光错误"。
如图中实线所示，当使用者采取措施遮断了入射光线，在光源46点亮的 情况下，从测定的光能分布中能进行对全反射临界角的测定。
在图7B的例子中，如虚线所示，在测定初始，在步骤S207判断出外部 的入射光能小于容许值40V。因此，不会显示"外光错误"，而且使用者也不 需要采取措施来遮断住外光。
如图中实线所示，在光源46点亮和不遮断外光的情况下测定出光能分
布，该光能分布包括外部的入射光，然而，由于外部的入射光小于容许值， 所以全反射的临界角也能从该光能分布中被比较精确地测定。 因此，本发明折射计的实施例具有以下特征 1. 一种用于测定试样S折射率的折射计IO，其包括 一个棱镜38，其具有与所述试样S相接触的界面表面40;一个光源46，用于发光从而光通过所述棱镜38的射入表面42射入所述 棱镜并且照在所述界面表面40上；
一个光电传感器52，用于接收在所述界面表面40反射并通过所述棱镜 38的射出表面44从所述棱镜38射入的光；
其中，所述光源46和所述光电传感器52分别附着在棱镜38的射入表面 42和射出表面44上。
2. 光源46包括扁平发光表面46a，
扁平发光表面46a粘附到棱镜38的射入表面42，将狭长切口 50插入在 它们之间。
3. 将光电传感器52粘附到该棱镜的射出表面44上。
4. 折射计10有一个狭长切口50，其沿与入射平面相垂直的方向延伸， 并配置在光源46和棱镜38的射入表面42之间。
5. —种折射计，其包括
一个棱镜38，其具有为试样S提供界面的界面表面40; 一个试样台14，其配置在所述界面表面40的周围； 该试样台14包括非粘着性涂层。
6. 涂层34的材质包括金属和其中均匀分布着氟碳聚合物的微粒。
7. 氟碳聚合物是聚四氟乙烯。
8. 涂层材质包括20—26vol。^的氟碳聚合物。
9. 氟碳聚合物微粒的直径为0.2至0.3um。
10. 界面表面40有含有氟碳聚合物的涂层41。
11. 一种折射计IO，其包括 一个机架，其上设有一个开口；
一个棱镜38，其配置在该开口中并具有为试样S提供界面的界面表面40; 一个光源46，其向界面表面40射出光；以及 一个传感器52，用于接收从光源46发出并在界面40反射的光； 该机架包括一个位于该开口周围并围绕界面表面40的试样导向面24; 该试样导向面24包括含有镍和其中均匀分布着氟碳聚合物的微粒的涂 层34;该氟碳聚合物是聚四氟乙烯； 该涂层34的材质含有20—26vol^的氟碳聚合物； 该氟碳聚合物微粒的直径为0.2至0.3 u m;以及 该涂层34利用无电镀处理来形成。
12. 在该折射计10中，光从光源46射向为试样S提供界面的棱镜38的 界面表面40，通过使用光电传感器52检测所述界面表面40的反射光，以便 以所述光电传感器52的输出信号为基础测定试样S的折射率，
该折射计包含滤光装置54，其配置在所述界面表面40和所述光电传感 器52之间，
所述滤光装置54进一步包括波长滤光器56和58，其能够选择性地允许 传输(tmnsmit)具有在给定区域内的波长包括光源46的光的波长在内的光。
13. 该波长滤光器56和58包括
第一波长滤光器56，其选择性地遮断从长于光源46的光波长的波长即 波长50nm到由光电传感器52检测出的波长的最大值的波长区域内的光，以 及
第二波长滤光器58，其选择性地遮断从短于光源46的光波长的波长即 30nm波长到由光电传感器52检测出的波长的最小值的波长区域内的光。
14. 该滤光装置54包括可选择性地允许传输直线偏振光的偏光器60。
15. 该滤光装置54通过将波长滤光器56和58以及偏光器60彼此层叠 结合而一体形成。
16. 该滤光装置54通过第一表面54a粘附到棱镜38上，光电传感器52 粘附到该滤光装置54的第二表面54b上。
17. 滤光装置54包括减光滤光器62。
18. —种折射计IO，该折射计包括-
一个棱镜38，其具有为试样S提供界面的界面表面40; 一个光源46，其向所述界面表面40射出光； 一个光电传感器52，用于接收所述界面表面40的反射光； 光能比较装置72，用于当所述光源46没有发光时，将所述光电传感器 52测定的光能与预先设定的容许值进行比较；显示装置16a，用于当所述光源46没有发光时所测定的光能值大于所述 容许值时显示错误；
光源控制装置80，用于当所述光源46没有发光时所测定的光能值小于 所述容许值时点亮所述光源46;
折射率计算装置74，用于在光源46发光的情况下，从所述光电传感器 52测定的光能分布中计算折射率。
19. 显示装置16a显示由折射率计算装置74检测出的折射率。
20. —种使用折射计IO计算折射率的方法，该折射计10包括 一个棱 镜38，其具有为试样S提供界面的界面表面40; —个光源46，其向所述界 面表面40射出光； 一个光电传感器52，用于接收所述界面表面40的反射光； 该方法包括以下步骤
步骤S203，用于当所述光源46没有发光时，利用所述光电传感器52测
定光能分布；
步骤S07，用于当所述光源46没有发光时，将测定的光能与预先设定的 容许值进行比较；
步骤S09，用于当所述光源46没有发光时所测定的光能值大于容许值时 显示错误；
步骤S211和S03，用于当所述46没有发光时所测定的光能值小于容许 值时，点亮所述光源46并且利用光电传感器52测定光量分布；以及
步骤S213，用于当所述光源46发光时，从测定的光能分布中计算折射率。
本发明的折射计具有以下效果-
(1) 聚光透镜和物镜的省略能降低生产成本。
(2) 在将棱镜安装在机架中之前，进行光源、光电传感器和棱镜的定位， 使得折射计易于制造并能降低生产成本。
(3) 减少光能损失。
(4) 能将折射计本身制得更小。
(5) 能容易地从试样台和界面表面上去除试样。
(6) 缩短了擦干净试样所需要的时间从而提高了测定折射率的效率。(7) 能测定具有高腐蚀性或高粘附性物质的试样的折射率。
(8) 试样台和界面表面不易受到磨损从而延长了折射计的使用寿命。
(9) 能将试样容易和确实地保持在界面表面上。
(10) 即使是在户外明亮的场所中，由于降低了外光的影响，所以在户 外也能进行高精度的折射率测定。
(11) 能容易和有效地进行折射率的测定。 本发明上述优选实施例的说明仅是示例性的而不具有限定性。本领域的
普通技术人员在不偏离权利要求书的范围和本发明精神情况下可以容易地进 行各种其它的改变。
例如，本发明的第一实施例结合一种桌上型折射计进行说明，然而，本 发明的这种应用可用于各种不同的折射计中，例如便携式和Abbe折射计等。
如图8所示，将光源46粘附到射入表面42上，在光源和射入表面之间 夹设有狭长切口 (针孔)50。作为选择，如图9所示，光源46和棱镜的射入 表面42以一个设置在中间的狭长切口 50而间隔配置。狭长切口 50的宽度(或 针孔的直径)可以设置成，例如0.3到0.5mm。该狭长切口 50可使光源46 的光Ri以比较小的扩散角9入射到棱镜38上。这样，能将足够光能的光照 射到界面表面40的希望区域上而不需要在光源46和棱镜38之间的光路上设 置诸如聚光透镜等光学元件。而且，在棱镜38和光电传感器52之间的光路 上也不需要设置诸如聚光透镜等光学元件，这样，在光电传感器52的希望区 域上也能接收到足够光能的反射光Rr。因此，由于在本发明折射计的结构中 省略了物镜和聚光透镜，所以能降低制造成本。
如图10所示，上述试样台14，滤光装置54和控制装置64也能用在具 有聚光透镜49和物镜51的折射计上。
作为上述计算临界角点Pc方法的一种替代，也可以根据从光源46点亮 时所测定的光能分布曲线中减去光源46没有发光时所测定的光能分布曲线 之后获得的光能分布曲线计算出临界角点Pc。这样会较好地排除外光的影响， 从而即使是在非常强光的户外场所也能比较精确地进行折射率的测定。
为了证实本发明实施例中折射计10的涂层34的效果，作为实验品的折 射计IO和现有的折射计通过实验进行比较。作为现有技术的一个例子，可以使用一个现有的折射计，其利用了
SUS316制造的试样台。与现有的折射计一样，实验品的复合涂层34形成于 到试样台的外表面上。尤其是，该实验品中涂层34的组成为，Nh 82—84wt% (重量百分比)，P: 8—10wt%， PTFE: 20—26vol% (体积百分比)。包含在 涂层34中的PTFE微粒的直径为0.2 0.3 u m。
在比较实验中，将每种类型的试样滴落在围绕界面表面40的试样导向面 24的圆锥形表面24b上，而且可以进行比较来说明每种滑落到界面表面40 上的各试样的好坏和将滑落到界面表面40上的各试样擦干净的容易性。使用 的试样包括水、浓度10%、 30%和50%的糖液，牛乳、番茄酱、浓縮牛乳、 蛋黄酱和黑蜜。使用Kimwipe毛巾来擦净试样物质。
实验结果如下-
试样滑落情况
当在现有的折射计中施加水作为试样时，该试样能非常好地滑落到界面 表面上，然而，当使用10%的糖液时，会有水滴残留在圆锥形表面上。30% 和50%的糖液以及牛乳试样滑落下来就有一些困难，番茄酱、浓縮牛乳、蛋 黄酱和黑蜜试样就很难滑落到界面表面上。 .
与此相比，使用本发明的折射计IO时，水试样和10%、 30%和50%的 糖液都能很好地滑落下来。此外，牛乳试样滑落下来有些困难，而番茄酱、 浓縮牛乳、蛋黄酱和黑蜜试样就很难滑落到界面表面上。
擦净试样的容易性
使用现有的折射计时，水和10%糖液通过1或2次擦拭就能很容易地擦 净，当使用所有其它的试样时，即使加水擦拭也会残留一定量的试样。
与此相比，使用本发明的折射计10时，水和10%糖液通过1或2次擦 拭就能很容易地擦净，当使用所有其它的试样时，与利用现有折射计情况相 比，加水擦拭能更容易地擦净这些试样。
权利要求
1. 一种折射计，在该折射计中，光从光源射向为试样提供界面的棱镜的界面表面，通过使用光电传感器检测所述界面表面的反射光，以便以所述光电传感器的输出信号为基础测定试样的折射率，在该折射计包括滤光装置，其配置在所述界面表面和所述光电传感器之间，其中，所述滤光装置包括波长滤光器，其能够选择性地允许传输具有在给定区域内的波长包括所述光源的光的波长在内的光。
2. 如权利要求1所述的折射计，其特征在于，所述波长滤光器包括 第一波长滤光器，其选择性地遮断从长于光源的光波长的波长即波长50nm到由光电传感器检测出的波长的最大值的波长区域内的光，以及第二波长滤光器，其选择性地遮断从短于光源的光波长的波长即30nm 波长到由光电传感器检测出的波长的最小值的波长区域内的光。
3. 如权利要求1或2所述的折射计，其特征在于，所述滤光装置包括可 选择性地允许传输直线偏振光的偏光器。
4. 如权利要求3所述的折射计，其特征在于，所述滤光装置通过将所述 波长滤光器以及所述偏光器彼此层叠结合而一体形成。
5. 如权利要求1至4的任何一个权利要求所述的折射计，其特征在于，所述滤光装置通过第一表面粘附到棱镜上，光电传感器粘附到该滤光装置的 第二表面上。
6. 如权利要求1至5的任何一个权利要求所述的折射计，其特征在于， 所述滤光装置包括减光滤光器。
7. —种折射计，该折射计包括-一个棱镜，其具有为试样S提供界面的界面表面； 一个光源，其向所述界面表面射出光； 一个光电传感器，用于接收所述界面表面的反射光； 光能比较装置，用于当所述光源没有发光时，将所述光电传感器测定的 光能与预先设定的容许值进行比较；显示装置，用于当所述光源没有发光时所测定的光能值大于所述容许值时显示错误；光源控制装置，用于当所述光源没有发光时所测定的光能值小于所述容 许值时点亮所述光源；折射率计算装置，用于在光源发光的情况下，从所述光电传感器测定的 光能分布中计算折射率。
8. 如权利要求7所述的折射计，其特征在于，所述显示装置显示由折射 率计算装置检测出的折射率。
9. 一种使用折射计计算折射率的方法，该折射计包括 一个棱镜，其具 有为试样提供界面的界面表面； 一个光源，其向所述界面表面射出光； 一个 光电传感器，用于接收所述界面表面的反射光；该方法包括以下步骤当所述光源没有发光时，利用所述光电传感器测定光能分布； 当所述光源没有发光时，将测定的光能与预先设定的容许值进行比较； 当所述光源没有发光时所测定的光能值大于容许值时显示错误； 当所述没有发光时所测定的光能值小于容许值时，点亮所述光源并且利 用光电传感器测定光量分布；以及当所述光源发光时，从测定的光能分布中计算折射率。
全文摘要
一种用于测定试样折射率的折射计，其包括一个棱镜，具有与所述试样相接触的界面；一个光源，用于从棱镜的射入表面向界面射入光；以及一个光电传感器，用于接收在所述界面反射并从棱镜的射出表面向外射出的光。该光源和该光电传感器固定在棱镜上。该折射计包括一个配置在所述界面表面周围的试样台，该试样台设有在其表面上形成的非粘着性涂层。该折射计包括配置在所述界面表面和所述光电传感器之间的滤光装置，该滤光装置包括一个波长滤光器，其能选择性地允许传输具有在给定区域内的波长包括光源的光的波长在内的光。
文档编号G01N21/43GK101545859SQ20091012804
公开日2009年9月30日 申请日期2003年10月29日 优先权日2002年10月30日
发明者中岛吉则, 关口君则, 大泽正树, 雨宫秀行 申请人:株式会社爱宕