一種液體折射率測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種液體折射率測量系統，包括：光源；棱鏡，包括入射面、與待測量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發出的光束經所述入射面入射到所述棱鏡內以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第一表面上至少部分全反射以形成第一反射光束，所述第一反射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第二表面上反射以形成第二反射光束，所述第二反射光束經所述出射面出射；光通量測量計，用于測量所述第二反射光束的光通量；折射率計算裝置，用于根據光通量與折射率的對應關系計算待測液體的折射率。由此降低了液體折射率測量系統的成本。
【專利說明】
_種液體折射率測量系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及測量技術領域，具體涉及一種液體折射率測量系統。
【背景技術】
[0002]折射率是液體的重要光學參數之一，借助折射率能了解液體的光學性能、純度、濃度以及色散等性質，其他的一些參數(如熱光系數)也與折射率密切相關。因此，液體折射率的測量在化工、醫藥、食品、石油等等領域中都有重要的意義。
[0003]全反射臨界角成像法是一種常用的液體折射率的測量方法，是根據全反射原理，通過測量處于臨界角光線的出射角，計算出待測液體的折射率。如圖1所示，一種典型的全反射臨界角測量系統包括光源Ul、棱鏡U3、圖像傳感器U2，工作時，從光源Ul發出的光束穿過透鏡U3到達被測液體X和棱鏡U3的界面，在該界面分離成折射光和反射光，其中，反射光被圖像傳感器U2接收，生成如圖2所示的明暗圖像。在該明暗圖像中，明的部分對應在被測溶液X和棱鏡U3的界面發生全反射的光線，暗的部分對應未發生全反射的光線，明暗分界線則對應發生全反射的臨界角。由于被測溶液的折射率的變化會導致發生全反射的臨界角的變化，因此通過測量該明暗分界線的位置，就可以求出全反射臨界角，從而求出被測液體的折射率。
[0004]但是，明暗分界線的位置檢測需要使用CCD或CMOS圖像測量裝置，成本較高。
【發明內容】
[0005]因此，本發明要解決的技術問題在于現有的液體折射率測量系統需要使用CCD或CMOS圖像測量裝置檢測明暗分界線的位置，從而使得測量系統成本高。
[0006]為此，本發明實施例提供了一種液體折射率測量系統，包括:光源;棱鏡，包括入射面、與待測量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發出的光束經所述入射面入射到所述棱鏡內以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第一表面上至少部分全反射以形成第一反射光束，所述第一反射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第二表面上反射以形成第二反射光束，所述第二反射光束經所述出射面出射;光通量測量計，用于測量所述第二反射光束的光通量;折射率計算裝置，用于根據光通量與折射率的對應關系計算待測液體的折射率。
[0007]優選地，所述光源是聚光源。
[0008]優選地，所述光源和所述光通量測量計在在所述棱鏡的同一側。
[0009]優選地，所述第一表面與所述第二表面垂直。
[0010]優選地，所述液體折射率測量系統還包括:第一聚光透鏡，位于所述光源與所述棱鏡之間，用于匯聚從所述光源發出的光束以入射到所述棱鏡中，并且所述第一聚光透鏡的主軸穿過所述第一表面的中心，所述第一聚光透鏡的中心到所述第一表面的中心的距離和所述第一表面的中心到所述第二表面的中心的距離之和等于所述第一聚光透鏡的焦距;第二聚光透鏡，位于所述光通量測量計與所述棱鏡之間，用于匯聚從所述棱鏡出射的光束，并且所述第二聚光透鏡的主軸穿過所述第二表面的中心;所述第一聚光透鏡和所述第二聚光透鏡被設置為使得從所述光源的同一發光點發出的發散光經所述第二聚光透鏡出射后成為平行光。
[0011]優選地，所述第一聚光透鏡和/或所述第二聚光透鏡與所述棱鏡一體成型。
[0012]優選地，所述光源發出的光束的發散角為20-35度;所述入射光束的發散角是13-20度;所述入射光在所述第一平面上的入射角是41-68度;所述棱鏡的折射率是1.56-1.70。
[0013]優選地，所述液體折射率測量系統還包括:光闌，位于所述第二聚光透鏡與所述光通量測量計之間，用于濾除雜光。
[0014]本發明實施例的液體折射率測量系統，通過利用在棱鏡和待測液體的接觸面上反射的光束的光通量和該待測液體的折射率的對應關系，來計算該待測液體的折射率，使得只需要成本低廉的光通量測量計就可以測量液體的折射率，從而降低了液體折射率測量系統的成本。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為現有的一種液體折射率測量裝置的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明實施例1的液體折射率測量系統的結構示意圖；
[0018]圖3為本發明實施例2的液體折射率測量系統的結構示意圖；
[0019]圖4為本發明實施例3的液體折射率測量系統的結構示意圖；
[0020]圖5為本發明實施例3的液體折射率測量系統的光路示意圖；
[0021 ]圖6為本發明實施例的液體折射率測量系統的俯視圖；
[0022]圖7為本發明實施例的液體折射率測量系統的剖視圖；
[0023]圖8為本發明實施例的液體折射率測量系統的應用場景示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0026]此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
[0027]實施例1
[0028]如圖2所示，本發明實施例1提供了一種液體折射率測量系統，包括:
[0029]光源Ul，優選為聚光源(Spot Light)，如聚光型LED光源，用于限制入射光束的入射角度；
[0030]棱鏡U3，包括入射面、與待測量液體對妾觸的第一表面S2、第二表面S3和出射面，該光源發出的光束經該入射面入射到該棱鏡內以形成入射光束，該入射光束在該棱鏡內傳播且在該第一表面上至少部分全反射以形成第一反射光束，該第一反射光束在該棱鏡內傳播且在第二表面上反射以形成第二反射光束，第二反射光束經出射面出射;其中，該第二表面優選鍍有反射膜，該反射膜優選為高反介質膜或者鋁膜，以增強反射效果；
[0031]光通量測量計U2，用于測量經該出射面出射的該第二反射光束的光通量；
[0032]折射率計算裝置(未圖示)，用于根據光通量與折射率的對應關系計算待測液體的折射率。
[0033]本發明實施例的液體折射率測量系統，通過利用在棱鏡和待測液體的接觸面上反射的光束的光通量和該待測液體的折射率的對應關系，來計算該待測液體的折射率，使得只需要成本低廉的光通量測量計就可以測量液體的折射率，從而降低了液體折射率測量系統的成本。
[0034]優選地，光源Ul和光通量測量計U2在在棱鏡U3的同一側，由此有助于減小裝置體積。
[0035]優選地，第一表面S2與第二表面S3垂直。
[0036]優選地，該光通量測量計U2基于硅光電池。
[0037]實施例2
[0038]如圖3所示，在實施例1的基礎上，本實施例進一步包括:
[0039]第一聚光透鏡SI，位于光源Ul與棱鏡U3之間，用于匯聚從光源Ul發出的光束以入射到棱鏡U3中，并且該第一聚光透鏡的主軸穿過該第一表面S2的中心O，該第一聚光透鏡的中心m到該第一表面的中心O的距離和該第一表面的中心O到該第二表面的中心η’的距離之和等于該第一聚光透鏡的焦距fsl(即圖3中m到η的距離)，由此將光源Ul的完整像投射到該第二表面上;第二聚光透鏡S4，位于光通量測量計U2與棱鏡U3之間，用于匯聚從棱鏡出射的光束，并且該第二聚光透鏡的主軸穿過該第二表面的中心η’；由此，光通量測量計U2上的感光點U，V和Ζ，分別接收來自光源Ul的不同發光點Α、Β和C的光線，有助于光通量測量計U2接收到的光束的均勾化。優選地，該第一聚光透鏡和/或該第二聚光透鏡與該棱鏡一體成型，更優選地，是采用光學級樹脂注塑工藝一體化成型的，從而保障光學部件的裝配一致性。
[0040]進一步的，該第一聚光透鏡和該第二聚光透鏡設置為，從該光源的同一發光點發出的發散光經該第二聚光透鏡出射后成為平行光。如圖5所示，從光源Ul的發光點A發出的發散光al，a2和a3，在依次經過第一聚光透鏡S1、棱鏡U3和第二聚光透鏡S4后變為平行光al，a2和a3，同樣的，從光源Ul的發光點B發出的發散光bl，b2和b3也變成平行光bl，b2和b3，從光源Ul的發光點C發出的發散光cl，c2和c3也變成平行光cl，c2和c3。由此，通過將光源上任意點發出的光均勻地照射在光通量測量計的感光表面上，實現了光通量測量計U2接收到的光束的均勻化，即，光通量測量計U2接收到的光束是整體變亮或變暗的，如圖3所示，當被測溶液折射率小時，光通量測量計U2接收的光束較亮，光通量較大，當被測溶液折射率大時，光通量測量計U2接收的光束較暗，光通量較小。
[0041]優選地，該第二聚光透鏡S4的中心線(Π)與第一聚光透鏡SI的中心線(I)平行;光通量測量計U2的中心在該S4的中心線(Π )上。該第一聚光透鏡SI的中心線(I)與S2面的夾角為銳角，光源Ul的中心在該SI面的中心線(I)上。
[0042]優選地，為了使系統的折射率測量范圍到1.32-1.52，設置光源發出的光束發散角為20-35度;第一聚光透鏡的中心線與(I)與第一表面S2的夾角a為50-65度;入射光束的發散角是13-20度;入射光在第一平面上的入射角是41-68度;棱鏡的折射率是1.56-1.70。
[0043]優選地，該第一聚光透鏡是球面鏡，更優選的是非球面鏡，以修正入射光束的入射角范圍。優選地，非球面鏡的曲率半徑中心最小，邊緣最大，且變化為連續、平滑、單調的。
[0044]優選地，該第二聚光透鏡優選是球面鏡，更優選的是非球面鏡，以調整入射到光通量測量計U2上的光束的入射角度。
[0045]實施例3
[0046]如圖4所示，在實施例2的基礎上，本實施例進一步包括光闌U4，位于第二聚光透鏡S4與光通量測量計U2之間，用于濾除雜光，提高測量精度。
[0047]下面參照圖6-8進一步說明根據本發明的實施例的液體折射率測量裝置，圖6-8中示出的液體折射率測量裝置只是示例，并不意在對本發明進行任何限制。
[0048]如圖6-8所示的液體折射率測量裝置為長條型，包括上殼體11和下殼體19。
[0049]該上殼體用于光學模塊和處理電路的封裝，其上表面由左至右依次設置有測量池10，用于容納待測量液體;液晶顯示屏12，用于顯示待測液體的折射率或與折射率對應的濃度值;刻度轉換按鍵13，用于切換待測液體的各種測量結果(折射率或與折射率對應的濃度值)；校準按鍵14，用于進行零點校準;測量按鍵15，用于啟動測量。
[0050]該下殼體19與上殼體11共同形成封閉的殼體，優選地，下殼體與上殼體通過超聲波焊接連接，并達到防水要求。
[0051]在殼體內，在測量池底部設置有光學模塊，該光學模塊包括設置在傳感器電路板20上的LED光源Ul、光電池U2和測溫傳感器17，以及光學系統固定本體16內的樹脂棱鏡U3，其中，由于液體的折射率會隨溫度而變化，因此設置該測溫傳感器以測量液體的溫度。在殼體的另一側，在液晶顯不屏下設置有主電路板18。
[0052]在使用時，如圖8所示，將該液體折射率測量裝置的測量池一側浸入待測液體中，使得待測液體充滿測量池，另一側在待測液體之上，露出液晶顯示屏。也可以根據實際需要，設置該液體折射率測量裝置為整體防水，在整體浸入待測液體時也可以進行測量。
[0053]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種液體折射率測量系統，其特征在于，包括: 光源； 棱鏡，包括入射面、與待測量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發出的光束經所述入射面入射到所述棱鏡內以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第一表面上至少部分全反射以形成第一反射光束，所述第一反射光束在所述棱鏡內傳播且在所述第二表面上反射以形成第二反射光束，所述第二反射光束經所述出射面出射； 光通量測量計，用于測量所述第二反射光束的光通量； 折射率計算裝置，用于根據光通量與折射率的對應關系計算待測液體的折射率。2.根據權利要求1所述的測量系統，其特征在于，所述光源是聚光源。3.根據權利要求1或2所述的測量系統，其特征在于，所述光源和所述光通量測量計在在所述棱鏡的同一側。4.根據權利要求1或2所述的測量系統，其特征在于，所述第一表面與所述第二表面垂直。5.根據權利要求1-4中任一項所述的測量系統，其特征在于，還包括: 第一聚光透鏡，位于所述光源與所述棱鏡之間，用于匯聚從所述光源發出的光束以入射到所述棱鏡中，并且所述第一聚光透鏡的主軸穿過所述第一表面的中心，所述第一聚光透鏡的中心到所述第一表面的中心的距離和所述第一表面的中心到所述第二表面的中心的距離之和等于所述第一聚光透鏡的焦距； 第二聚光透鏡，位于所述光通量測量計與所述棱鏡之間，用于匯聚從所述棱鏡出射的光束，并且所述第二聚光透鏡的主軸穿過所述第二表面的中心； 所述第一聚光透鏡和所述第二聚光透鏡被設置為使得從所述光源的同一發光點發出的發散光經所述第二聚光透鏡出射后成為平行光。6.根據權利要求5所述的測量系統，其特征在于，所述第一聚光透鏡和/或所述第二聚光透鏡與所述棱鏡一體成型。7.根據權利要求5所述的測量系統，其特征在于，所述光源發出的光束的發散角為20-35度;所述入射光束的發散角是13-20度;所述入射光在所述第一平面上的入射角是41-68度;所述棱鏡的折射率是1.56-1.70。8.根據權利要求5-7中任一項所述的測量系統，其特征在于，還包括:光闌，位于所述第二聚光透鏡與所述光通量測量計之間，用于濾除雜光。
【文檔編號】G01N21/41GK105954232SQ201610356677
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】馬玉峰
【申請人】北京領航力嘉機電有限公司