折射率测量仪的制作方法

本实用新型涉及一种光学实验测量仪器，具体涉及一种实验和教学中使用的折射率测量仪。

背景技术：

测量玻璃的折射率是生产生活中要求较广的一项应用技术，利用光的折射原理先确定光在玻璃界面上的入射光和玻璃内部的折射光，然后计算出玻璃的折射率。现有的玻璃折射率测量仪器有光速测量仪，迈克尔逊干涉仪以及激光自准直仪。这三种仪器都是高能光源进行测量，一方面造价较高，另一方面对操作者的专业性具有一定要求，因此广泛应用于高等教育、科研院所以及高新企业等领域，而对于其在基础教育中应用很小，基本上排除全面推广的可能性。基于以上情况，适合在基础教育中推广、维护简单以及使用方便的折射率测量仪具有很强的现实意义。

基础教育中仪器使用者数量庞大且专业性较低，因此对仪器的要求以操作简单、维护成本低为主。目前符合该项要求的专业仪器几乎没有，实际测量中多采用大头针插针法，但是采用大头针插针法测量玻璃折射率实验所用到的测量工具种类多且繁杂，操作不简便，测量过程中，玻璃砖与白纸容易发生相对移动造成折射角偏差，而且画点和描线的宽度以及大头针的插入角度等因素都会影响读数的准确性，进而降低测量结果的准确性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对现有技术难以准确绘制光线的问题，本实用新型提供一种折射率测量仪，使用该折射率测量仪测量折射率时无需绘制光线，通过表盘上的圆形量角器读出入射角和折射角，从而避免了因绘制光线而引入的测量错误。

(二)技术方案

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种折射率测量仪，包括：圆形表盘和玻璃砖；

圆形表盘放置于玻璃砖上方，圆形表盘上表面周缘设置有角度刻度；

在圆形表盘的一侧设置有定位卡槽，所述定位卡槽内边沿与玻璃砖相切；

入射光从圆形表盘的与定位卡槽相对一侧入射，并经玻璃砖折射形成折射光，从圆形表盘的角度刻度读取入射角和折射角，计算玻璃折射率。

上述方案中，还包括：活动指针、入射大头针和折射大头针；

活动指针与圆形表盘转动连接，其可沿表盘中心转动，活动指针上设置细缝；

圆形表盘的与定位卡槽相对一侧还设置有半圆弧卡槽；

入射大头针插入半圆弧卡槽内，折射大头针插入定位卡槽与活动指针细缝重叠处；

玻璃砖在面对半圆弧卡槽的一侧绘制有标记线；

在折射光一侧观察，转动活动指针，使所述入射大头针、折射大头针与玻璃砖的标记线重合，从圆形表盘上读取入射角与折射角。

上述方案中，还包括：底板，所述底板为磁性底板，所述圆形表盘、玻璃砖、入射大头针和折射大头针的底部设置磁性贴片。

上述方案中，还包括：激光源和活动指针，活动指针与圆形表盘转动连接，其可沿表盘中心转动，活动指针上设置细缝；

激光源发出入射光，在圆形表盘上读取入射角，入射光经玻璃砖折射形成折射光，转动活动指针，使其细缝与玻璃砖内的折射光重合，透过细缝从圆形表盘上的角度刻度读取折射角。

上述方案中，还包括：第一活动指针、第二活动指针、入射大头针和折射大头针；

第一活动指针和第二活动指针均与圆形表盘转动连接，其可沿表盘中心转动，活动指针上设置细缝；

圆形表盘的与定位卡槽相对一侧还设置有至少两个同心的半圆弧卡槽；

至少一个半圆弧卡槽与第一活动指针细缝重叠处插有入射大头针；

定位卡槽与第二活动指针细缝重叠处插有折射大头针；

玻璃砖在面对半圆弧卡槽的一侧绘制有标记线；

在折射光一侧观察，转动活动指针，使入射大头针的像、折射大头针与玻璃砖的标记线重合，从圆形表盘上读取入射角与折射角。

上述方案中，还包括：入射大头针和折射大头针；

圆形表盘的与定位卡槽相对一侧设置有多个半圆弧卡槽，每个半圆弧卡槽内插有一入射大头针，且各个半圆弧卡槽的入射大头针位于同一条直线上，该直线对应角度为入射角；

圆形表盘的定位卡槽一侧也设置有多个半圆弧卡槽，每个半圆弧卡槽内插有一折射大头针；

在折射光一侧观察，使所有入射大头针的像与折射大头针重合，折射大头针连线的延长线与定位卡槽内边沿的交点对应的角度为折射角。

上述方案中，所述圆形表盘下方设置立柱，用于支撑和固定圆形表需。

上述方案中，

所述定位卡槽的形状与玻璃砖的形状相对应，所述定位卡槽为U形卡槽或梯形卡槽。

上述方案中，所述活动指针通过旋转中心立柱与圆形表盘连接，所述标记线与活动指针的旋转中心重合，所述旋转中心立柱的中心与圆形表盘中心重合。

上述方案中，所述圆形表盘、活动指针和旋转中心立柱使用透明材料制成。

(三)有益效果

本实用新型具有以下有益效果：

1、平行底板采用磁性材料，且各组件底座安装磁贴片，避免了操作过程中各组件之间不必要的相对移动。

2、将操作工具进行了整合，除了竹制镊子(可以用手代替)所有组件均可吸在底板上，简化了操作。

3、大头针底部为水平设计，保证大头针始终垂直接触面。

4、半圆弧卡槽中的入射大头针底座在下，针尖向上，可以直接从圆形表盘上读出角度，U形卡槽中的折射大头针底座在上，针尖通过活动指针，指针经过刻度线，可以直接读出刻度，无需绘制光线再确定角度，大大提高了测量效率。

5、测量过程中只需要2根大头针，相较于4根大头针，将插针工作量降低了50％，大大减少了工作量，提高了测量效率。

6、通过表盘开槽，可以灵活选择大头针的排列方案。

附图说明

图1是本实用新型实施例的折射原理图；

图2是本实用新型实施例的玻璃砖结构示意图；

图3是本实用新型实施例的圆形表盘结构示意图；

图4(a)是本实用新型实施例的玻璃砖固定位置示意图；

图4(b)是本实用新型实施例的玻璃砖固定位置示意图；

图5(a)是本实用新型实施例的在玻璃砖上覆盖圆盘示意图；

图5(b)是本实用新型实施例的圆形表盘与入射大头针P1放置位置示意图；

图5(c)是本实用新型实施例的圆形表盘与入射大头针P1放置位置正视图；

图6(a)是本实用新型实施例的折射大头针P2放置位置示意图；

图6(b)是本实用新型实施例的折射大头针P2放置位置示意图；

图6(c)是本实用新型实施例的折射大头针P2放置位置正视图；

图7为本实用新型实施例的折射率测量仪的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的对准结果前视图；

图9为本实用新型实施例的折射率测量仪的测量原理图；

图10为本实用新型实施例的U形卡槽替换形状示意图；

图11为本实用新型实施例的利用激光测量示意图；

图12(a)为本实用新型实施例的设置多个半圆弧卡槽的结构示意图；

图12(b)为本实用新型实施例的设置多个半圆弧卡槽的结构示意图；

图12(c)为本实用新型实施例的设置多个半圆弧卡槽的结构示意图；

图12(d)为本实用新型实施例的设置多个半圆弧卡槽的结构示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

针对大头针插针法以及采用磁性大头针底座难以准确绘制光线的问题，本实用新型从技术上进行了改进，使用本实用新型的折射率测量仪测量折射率时无需绘制光线，通过表盘上的圆形量角器读出入射角和折射角，从而避免了因绘制光线而引入的测量错误。

如图1所示为玻璃砖折射原理图，AO为入射光方向，OO’为折射光方向，玻璃折射率计算公式为：其中，n为折射率，i为光线射在玻璃界面上的入射角∠AOM，r为光线在玻璃内的折射角∠O’ON。

如图2和图3所示，折射率测量仪包括：平行底板1、玻璃砖2、圆形表盘3、活动指针4、竹制镊子5、入射大头针P1和折射大头针P2。

平行底板1为水平磁性底板，优选地，长为30cm，宽为20cm，平行底板用于固定玻璃砖、圆形表盘和大头针等组件，平行底板1采用磁性材料，玻璃砖2和大头针采用磁性底座，利用它们之间的吸附作用来保证操作过程中各组件保持相对位置不变，防止大头针、玻璃砖和平行底板发生相对移动，保证测量的准确性。在平行底板表面放置玻璃砖的位置印制阴影区域，用于指示固定玻璃砖的位置。

优选地，玻璃砖2长为8cm，宽为4cm，玻璃砖底部局部采用磁性材料制作磁性贴片，保证操作过程中与平行底板的相对位置保持不变，并在玻璃砖的一侧面用记号笔绘制标记线P；

圆形表盘3直径的优选为18cm，圆形表盘3为透明的，圆形表盘上表面周缘具有角度刻度，方便直接读数，角度刻度顺时针方向依次从0°到90°，再从90°到0°，按此规则循环回到最开始的0°，刻度布满圆形表盘；圆形表盘下表面有三个立柱，用于支撑和固定圆形表盘，立柱底部安装磁性贴片；圆形表盘上有半圆弧卡槽和U形卡槽，半圆弧卡槽在距离圆形表盘中心约为15cm的位置，半圆弧卡槽位于圆形表盘的一侧，为方便读数，其中心位置对应刻度的0°；U形卡槽位于圆形表盘的与半圆弧卡槽相对的另一侧，其内边沿与玻璃砖尺寸相同，内边沿长为8cm，宽为4cm，U形卡槽两端点之间的中点和半圆弧卡槽两端点之间的中点位于圆形表盘的中心位置。

活动指针4设置在圆形表盘上表面，活动指针4为透明的，长优选为12cm，其一端通过旋转中心立柱与圆形表盘转动连接，活动指针可绕连接处在圆形表盘上表面360°转动，转动中心位于圆形表盘的中心位置，另一端延伸到圆形表盘外部。活动指针中间开有沿活动指针延伸方向的细缝，可以通过细缝读取表盘刻度。

旋转中心立柱透明，形状为圆形，固定在圆形表盘上，立柱的中心与圆形表盘中心重合。

入射大头针P1和折射大头针P2具有磁性水平底座，入射大头针P1在半圆弧卡槽中移动，折射大头针P2在U形卡槽中移动，入射大头针P1的水平底座紧贴平行底板，针尖自下往上通过半圆弧卡槽，折射大头针P2的水平底座紧贴圆形表盘，针头自上往下通过卡槽。

竹制镊子5用于移动大头针，也可用手移动大头针。

上述圆形表盘、活动指针和旋转中心立柱均使用透明材料制成。

使用本实用新型的折射率测量仪测试折射率时：

首先、固定玻璃砖，如图4(a)所示，平行底板绘制有与玻璃砖同等大小的阴影区域，如图4(b)所示，将玻璃砖具有磁性贴片的一侧紧贴平行底板，玻璃砖底面与平行底板的阴影区域重合；

其次、覆盖圆形表盘，如图5(a)所示，将圆形表盘覆盖在玻璃砖上方，圆形表盘的三个立柱底部的磁性贴片紧贴平行底板，将U形卡槽内边沿与玻璃砖相切，具有标记线P的一侧靠近表盘圆心，标记线P与活动指针的转动中心重合；

接着、如图5(b)所示，使用竹镊子夹住入射大头针P1头部，略倾斜放入半圆弧卡槽，入射大头针底座紧贴平行底板，针尖从下往上插入半圆弧卡槽且底座在移动过程中始终保持针头与半圆弧卡槽内边缘相切，如图5(c)为放置入射大头针P1后的正视图，从相切的表盘刻度上读出角度，记为i。

然后、如图6(a)和6(b)所示，将折射大头针P2从上向下插入U形卡槽与活动指针细缝重叠处，底座在上，针头向下且与U形卡槽内边缘相切，如图6(c)为放置折射大头针P2后的正视图，放置后的结构示意图如7所示；

然后、如图8所示，透过玻璃砖观察入射大头针P1的像，调整视线的方向，直到P1的像被P挡住，再在观察的这一侧移动U形卡槽中的折射大头针P2，使P2挡住P1、P的像，通过活动指针细缝处读出表盘刻度的角度，即为折射角，记为r，如图9所示为入射大头针P1、折射大头针P2和玻璃砖上标记线P重叠后的正视图；

最后、测量i和r并计算折射率；

重复上述操作，多次测量求平均值。

上述对各元件和方法的定义并不仅限于上述实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

1、U形卡槽是定位卡槽，定位卡槽的形状可以根据玻璃砖的不同形状做任意替换，如图10中的玻璃砖为梯形，U形卡槽对应改为梯形卡槽。

2、大头针可以用激光来代替，如图11所示，折射率测量仪还包括激光源，激光源发出的激光从玻璃砖相对的一侧入射，直接从表盘上读取入射角i，激光从空气进入玻璃砖发生一次折射，激光从玻璃砖到空气发生二次折射，转动活动指针使其细缝与玻璃砖内的一次折射光对齐，透过细缝读取表盘上的刻度，即为折射角；

3、圆形表盘可以开有多个半圆弧卡槽，如图12(d)所示为开有多个半圆弧卡槽的折射率测量仪的结构示意图，可以开有4个半圆弧卡槽，可以使用2～4根大头针，2个活动指针，进行测量。

如图12(a)所示，当圆形表盘两侧分别使用一个半圆弧卡槽1(或2)和一个U形卡槽时，选择入射大头针P1(或P3)、标记线P和折射大头针P2，需要使用2根大头针，2个活动指针。

如图12(b)所示，当圆形表盘两侧分别使用一个半圆弧卡槽1(或2)，以及两个半圆弧卡槽3和4时，选择入射大头针P1(P3)、标记线P和折射大头针P4、P5，需要使用3根大头针，2个活动指针。P1(P3)从下向上插入半圆弧卡槽1(或2)与第一活动指针细缝重叠处，从细缝处读取表盘上的刻度作为入射角，透过玻璃砖观察大头针P1(或P3)和标记线P的像，调整视线方向，直到P1的像被P挡住，再在观察的这一侧依次在两个半圆弧卡槽3和4内从下往上插入两枚大头针P4和P5，使P4挡住P1、P的像，P5挡住P1、P的像及P4，记下P4、P5的位置，连接P4、P5并延长交玻璃砖下界面于P’，连接PP’即为折射光线，移动第二活动指针直至通过P’，此时从第二指针细缝处读取表盘上的刻度即为折射角；

如图12(c)所示，当圆形表盘两侧分别使用两个半圆弧卡槽1和2，以及两个半圆弧卡槽3和4时，选择入射大头针P1、P3和折射大头针P4、P5，需要使用4根大头针，2个活动指针。P1和P3从下向上分别插入半圆弧卡槽1、半圆弧卡槽2与第一活动指针细缝重叠处，从细缝处读取表盘上的刻度作为入射角，P4和P5从下向上分别插入半圆弧卡槽3和半圆弧卡槽4内，在折射光这一侧观察，调整P4和P5的位置直至P4挡住P1、P3的像，P5挡住P1、P3的像及P4，记下P4、P5的位置，连接P4、P5并延长交玻璃砖下界面于P’，连接PP’即为折射光线，移动第二活动指针直至通过P’，此时从第二指针细缝处读取表盘上的刻度即为折射角。

除P2外，P1、P3、P4和P5大头针均从下往上插入半圆弧卡槽。

4、竹制镊子可以由不被磁体吸引的材料制成的镊子或者直接用手代替；

5、折射率的计算可以用计算机来辅助处理。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。