;若水平凸起样品槽内的液体厚度与水平 凸起厚度相等，则可以通过水平凸起的厚度准确获取样品槽内液体的厚度，但是此时水平 凸起的厚度越大，样品槽内的液体厚度相应会增大，若液体吸收系数过大容易削弱透射光 信号，使得测量单元无法获取透射光信号或者获取的透射光信号太弱，以致无法获得液体 贴壁附面层的透射率。因此根据不同种类的液体，水平凸起的厚度可以相应变化，尽可能在 能达到加工精度的条件下做的薄一些。根据本发明的优选实施例，水平凸起在垂直方向上 的厚度不超过3mm。
[0044] 理论上两个电极板22之间应该保持平行，但是实际加工或制作样品槽时，由于加 工误差，两个电极板之间很难达到完全平行。若电极板22不平行将造成液体内电场强度分 布不均，造成一定面积内的液体透射率测量结果不一致，导致较大测量误差。此外，在通过 加入样品槽内的液体体积以及样品槽的横截面积确定入射光线方向上的液体厚度时，若样 品槽两端的电极板22不平行，则按照上述方法获取的液体厚度不准确，也会对测量结果产 生影响。因此，为了保证测量结果的准确性，有必要使两个电极板22保持一定的平行度。图 4a_4e示出了根据本发明优选实施例中，两个电极板的平行度与电场均匀性之间的关系，图 中，从图4a-图4d的平行度分别为5%、2.5%、1 %和0.5%，图4e中两个电极板完全平行，电 场强度的单位为V/m，灰度值越大表面电场强度越大，灰度值差别越大表面电场的均匀性越 差。从图4a_4e可以看出，两个电极板完全平行时，电场强度的均匀性最好，当两个电极板之 间不完全平行时，平行度越小，电场强度的均匀性越好。根据本发明的优选实施例，两个电 极板的平行度保持在0.5%。
[0045]电极板22可以通过导线与电源40连接。比如，将导线的一端焊接在电极板上，导线 的另一端与电源的正极或负极相连;再比如，在电极板上设置伸出单元，导线的一端通过固 定夹与电极板连接，或者该伸出单元上开设用于连接导线的小孔，导线的一端直接缠绕在 该小孔上。根据本发明的优选实施例，电极板上设置有与电极板一体化的伸出单元50,以便 于与电源连接，如图3a、图3b所示。细小的铂丝通过氩弧焊与铂片连接，在铂丝外套一层保 护层，从而防止在测量过程中铂丝与光谱仪样品腔的壁面发生接触导致漏电；或者，用电极 夹夹住铂片多出玻璃槽的部分，并用导线将电极夹与外部的电源40相连。
[0046]靠近电极板的液体由于表面张力的存在，其液体不均匀，从而会对入射光线产生 折射和/或反射问题，影响测量结果的准确性。此外，当样品槽内的液体厚度较小时，在液体 表面张力的作用下，液体的液面容易不平，使得不同入射位置处的液体厚度不一致，影响测 量结果的准确性。为了消除液体表面张力对测量结果的优选，可以为样品槽设计一个盖板 23,并使得电极板的水平凸起在垂直方向上的厚度与底座侧边的凸起高度相等，水平凸起 的上表面与底座侧边凸起的上表面在同一平面内，保证样品槽内的液体厚度与水平凸起的 厚度相等，然后在底座侧边凸起和水平凸起之上、即液面上侧覆盖盖板，使得液面与水平凸 起的伸出部分平行，从而保证样品槽内液体厚度的一致，避免由于液体表面张力引起的液 位不平问题。
[0047] 为了提高多次测量结果的准确性和精确性，在每次测量之前需要通过调整样品槽 的位置进行聚焦。根据本发明的优选实施例，在盖板23的与液体接触的一面镀铬、并设置有 聚焦记号，用于聚焦时作为位置调整的基准，比如，根据实际测量的液体贴壁附面层的厚度 范围、或者按照固定的距离间隔，在盖板23的与液体接触的一面制十字形标记。盖板23的厚 度越大，对光信号的吸收作用越强，从而削弱了从样品槽20出射的光信号的强度，不便于准 确获取液体附面层的折射率。根据本发明的优选实施例，盖板23的厚度不超过3mm。盖板23 的厚度若过小，则容易在液体的浮力作用下漂浮在液体上侧，无法完全消除液体表面张力 对液体厚度均一性的影响。优选地，盖板23的厚度为3mm。优选地，为了便于光信号的传输， 底板21的底板21的材料可以为CaF 2或BaF2。
[0048] 入射光源10产生的入射光线从靠近电极板22的液体附面层位置处、沿着垂直于液 体液面和电场的方向入射。测量单元40位于入射光线的光路上，用于接收从样品槽20出射 的光信号并分析获取外电场作用下液体贴壁附面层的透射率。
[0049] 入射光源10产生的入射光线有可能包括其他波段的杂波，影响测量结果的准确 性。为了防止这种问题的出现，可以在入射光源10与样品槽20之间设置斩波器，以截取特定 频率的波长信号作为入射光源。同时在样品槽20与测量单元40之间设置两个锁相放大器， 一方面能消除斩波器的调制频率和交流电频率改变带来的影响，另一方面能够并放大从样 品槽出射的光信号，防止因为从样品槽出射的光信号太弱而无法获取或无法准确分析出液 体折射率。图5示出了根据本发明优选实施例中采用测量系统测量液体贴壁附面层透射率 的流程图，图中，连续光谱光源11发出的入射光线经过汇聚透镜组12、斩波器13和单色仪14 后形成单色光，然后通过红外面聚焦镜15和红外显微镜16聚焦后穿透样品槽内的液体，从 样品槽出射的光信号进入红外探测器41，红外探测器41根据接收到的光信号产生的电流进 入一级锁相放大器42,将电流相应放大之后再进入二级锁相放大器43,经二级锁相放大器 43处理之后的光信号进入计算机44,计算机44根据接收的光信号进行分析计算，确定液体 贴壁附面层的透射率。一级锁相放大器42主要用来消除斩波器13的调制频率带来的影响， 二级锁相放大器43主要用于消除交流电频率改变给测量带来的影响。通过这两个锁相放大 器的作用，可以提取到特定频率的待测信号，排除噪声信号，并增强输入计算机的光信号以 方便测量。图中的斩波器控制器60用于控制斩波器13、一级锁相放大器42和二级锁相放大 器43。
[0050] 由于电场对液体折射率的影响不大，而且液体附面层的厚度较小，为了准确测量 外电场作用下液体贴壁附面层的透射率，必须保证测量装置具有较高的测量精度。根据本 发明的优选实施例，两个电极板之间的平行度、以及盖板与底板之间的平行度不大于 ο. 5 % ;电极板的加工粗糙度小于Ral. 6;底板和盖板加工的光洁度为60-40，光圈3个，平行 度不大于0.5 %，底板和盖板中无气泡、无散射颗粒。
[0051]虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限 于文中详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本 领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
【主权项】
1. 一种外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统，其特征在于包括:入射光源、 样品槽、电源以及测量单元;其中， 样品槽包括:底座和两个电极板;底座的两侧向上凸起，使得底座具有凹型横截面;底 座的两端分别设置一个电极板；电极板为" I-"型凸台结构，包括:垂直于底座的电极板主 体和设置在电极板主体侧边的水平凸起;水平凸起与底座端部的凹型空腔形状配合;两个 电极板分别与电源的正负极连接，用于产生电场； 入射光源产生的入射光线从靠近电极板的液体附面层位置处、沿着垂直于液体液面和 电场的方向入射； 测量单元位于入射光线的光路上，用于接收从样品槽出射的光信号并分析获取外电场 作用下液体贴壁附面层的透射率。2. 如权利要求1所述的测量系统，其中，水平凸起在水平方向上的伸出长度1满足如下 关系： l = 1.25/d式中，μ为样品槽内液体的粘度，单位为:Pa · s;P为样品槽内液体的密度，单位为:g/ cm3 ;L为两个电极板之间的距离，单位为:cm; E为电场强度，单位为:v/m。3. 如权利要求1所述的测量系统，其中，样品槽还包括盖板；电极板的水平凸起在垂直 方向上的厚度与底座侧边的凸起高度相等，水平凸起的上表面与底座侧边凸起的上表面在 同一平面内，盖板覆盖在底座侧边凸起和所述水平凸起之上。4. 如权利要求3所述的测量系统，其中，所述盖板的与液体接触的一面镀铬、并设置有 聚焦记号，用于聚焦时作为位置调整的基准。5. 如权利要求3所述的测量系统，其中，盖板的厚度不超过3mm。6. 如权利要求3所述的测量系统，其中，底板和/或盖板的材料为:CaF2或BaF2。7. 如权利要求1所述的测量系统，其中，电极板为表面镀铂的钛或铌。8. 如权利要求1所述的测量系统，其中，两个电极板之间的平行度、以及盖板与底板之 间的平行度不大于〇. 5 % ;电极板的加工粗糙度小于Ral. 6;底板和盖板加工的光洁度为60-40，光圈3个，平行度不大于0.5%，底板和盖板中无气泡、无散射颗粒。9. 如权利要求1所述的测量系统，其中，水平凸起在垂直方向上的厚度不超过3_。10. 如权利要求1所述的测量系统，进一步包括斩波器和两个锁相放大器； 斩波器设置在入射光源与样品槽之间，用于截取特定频率的波长信号；两个锁相放大 器设置在样品槽与测量单元之间，用于消除斩波器的调制频率和交流电频率改变带来的影 响、并放大从样品槽出射的光信号。
【专利摘要】公开了外电场作用下液体贴壁附面层透射率的测量系统，包括：入射光源、样品槽、电源以及测量单元；其中，样品槽包括：底座和两个电极板；底座的两侧向上凸起，使得底座具有凹型横截面；底座的两端分别设置一个电极板；电极板为“”型凸台结构，包括：垂直于底座的电极板主体和设置在电极板主体侧边的水平凸起；水平凸起与底座端部的凹型空腔形状配合；两个电极板分别与电源的正负极连接，用于产生电场；入射光源产生的入射光线从靠近电极板的液体附面层位置处、沿着垂直于液体液面和电场的方向入射；测量单元位于入射光线的光路上。本发明能够解决外加电场作用下电流变液/离子液体附面层内的透射率测量问题。
【IPC分类】G01N21/03, G01N21/59
【公开号】CN105606570
【申请号】CN201610012769
【发明人】董士奎, 周吉, 贺志宏, 唐佳东, 刘晗, 梁鸿
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月8日