一个液体棱镜ULED光源3、可旋转载物台4、成像物镜 5、读数物镜6、反射棱镜7、反光镜8、透明折射率刻度盘9、粗调转动手轮10、微调转动手轮 11、折转棱镜12、分划板13、目镜14。其中成像物镜5、分划板13与目镜14组成成像光学 系统。读数物镜6、反射棱镜7、反光镜8、透明折射率刻度盘9、粗调转动手轮10、微调转动 手轮11、折转棱镜12、分划板13、目镜14组成读数/测量系统。
[0029] 本实用新型具体实施过程包括：首先将待测液体注入到中空三棱镜中形成液体棱 镜1，来自单色LED光源3的光入射液体棱镜表面2,由于棱镜的入射面2已打磨成毛面，使 得入射光线为全漫射光，经液体棱镜1折射，再经后方成像物镜5和目镜14成像，在目镜后 方可观察到像方视场分为明暗两个区。然后通过粗调转动手轮10与微调转动手轮11旋转 载物台4,带动液体棱镜1转动，使像方视场中的明暗分界线位于分划板13左侧的中心位 置，此时，透明折射率刻度盘9随载物台4同时连体转动，对应折射率数字通过读数物镜6 和目镜14也成像于分划板右侧，最后在目镜14后方直接读出液体折射率值。反光镜8的 作用是采集外部光照亮折射率刻度盘9。反射棱镜7起光路折转作用。利用折射率与液体 浓度、密度关系可进一步得到相应液体浓度、密度值。
[0030] 如附图2,本实用新型液体棱镜由中空三棱镜内填充液体构成，中空三棱镜采用无 折射率大小限制的透明材料，光入射面2外侧打磨成毛面，且其光入射面2和出射面3夹角 等于30°，上底面1带有一个活动盖，用于罐装和倾倒液体，当液体充入时，即构成一个液 体棱镜。使用时，将液体棱镜置于载物台上，使棱镜的一边与圆形载物台的直径重合，载物 台可以旋转。
[0031] 测量原理如附图3所示：本实用新型使用的液体棱镜顶角是α。LED单色光入射， 在液体棱镜入射面2形成全方向漫射光。假设液体折射率为Ii1，棱镜壁折射率为ng，根据 Snell定律：
[0032] sin Θ 〇二 n g sin Θ 丨二 η 丨 sin Θ 2
[0033] Ii1 sin θ 3= η g sin θ 4= sin θ 5
[0034] 又 θ 3= α - θ 2
[0035] 假设当光掠入射，即入射角θ 〇 = 90°时，位于空心棱镜面2内侧的液体介质中和 棱镜出射面3后方空气中的折射角为Θ c和有：
[0037] 并可由上述几个公式推导出液体折射率测量公式如下：
[0039] 由上述公式可知Ii1与空心棱镜壁折射率无关，所以折射率测量范围不受空心棱镜 壁材料折射率的限制。液体相当于一个独立的棱镜，这一点突破了阿贝折射仪的局限性。
[0040] 任何一条入射角小于90°的光线在棱镜出射面3后方的折射角Θ 5大于φ，光线 位于掠入射光线外侧。后方像视场出现明暗两个区，明暗交界线即为掠入射光线在棱镜后 方出射的位置。若通过光接收器件测得折射角Φ的值，即明暗交界线位置，则可由液体折 射率测量公式得出待测液体的折射率。进一步可由折射率与浓度、密度的关系推导出待测 液体的浓度、密度。
[0041] 综上所述，液体棱镜顶角α决定了折射率测量范围，顶角α不同，测量范围不同。 当棱镜顶角α = 30°时，液体折射率测量范围为：1. 0000~3. 8600。
[0042] 本实用新型用一个液体棱镜代替前述阿贝等棱镜折射仪中的几个固体棱镜，基于 掠入射原理测量液体折射率。相比阿贝折射仪，具有更广的测量范围，在液体棱镜顶角为 30°时，可测折射率范围达1.0000-3.8600。而且用一个液体棱镜代替多个固体棱镜后，结 构变简单，重量变轻，成本更低，同时可以避免阿贝折射仪等固体棱镜折射仪中由于液体非 均匀涂抹漏光导致的测量误差，准确性更高，且易于转化成产品。
【主权项】
1. 一种基于液体棱镜的折射仪，其特征在于，所述折射仪包括一个液体棱镜（I)、入射 面（2)、LED光源（3)、可旋转载物台（4)、成像物镜（5)、读数物镜（6)、反射棱镜（7)、反光 镜（8)、透明折射率刻度盘（9)、粗调转动手轮（10)、微调转动手轮（11)、折转棱镜（12)、分 划板（13)、目镜（14);所述的成像物镜（5)、分划板（13)与目镜（14)组成成像光学系统； 读数物镜(6)、反射棱镜（7)、反光镜（8)、折射率刻度盘（9)、粗调转动手轮（10)、微调转动 手轮（11)、折转棱镜（12)、分划板（13)、目镜（14)组成读数/测量系统。2. 根据权利要求1所述的一种基于液体棱镜的折射仪，其特征在于，所述的粗调转动 手轮（10)和微调转动手轮（11)的连动装置将液体棱镜⑴与透明折射率刻度盘（9)同时 转动；利用成像光学系统和读数/测量系统直接测出液体折射率的值。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于液体棱镜的折射仪，属于液体折射率测量器件的技术领域。该折射仪包括一个液体棱镜1、LED光源3、可旋转载物台4、成像物镜5、读数物镜6、反射棱镜7、反光镜8、折射率刻度盘9、粗调转动手轮10、微调转动手轮11、折转棱镜12、分划板13、目镜14，其中成像物镜5、分划板13与目镜14构成成像光学系统，读数物镜6、反射棱镜7、反光镜8、折射率刻度盘9、粗调转动手轮10、微调转动手轮11、折转棱镜12、分划板13、目镜14构成读数/测量系统。而构建液体棱镜1的中空三棱镜采用无折射率大小限制的透明材料，光入射面外侧打磨成毛面，且其光入射面和出射面夹角为30°，上底面带有一个活动盖，用于罐装和倾倒液体。
【IPC分类】G01N21/01, G01N21/41
【公开号】CN204832027
【申请号】CN201520320256
【发明人】万静, 杨俊强, 沈亚婷, 应紫薇, 韦云亮, 薛凤兰, 吴凌寻, 梁忠诚
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年5月18日