一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，包括：光源；棱鏡，包括入射面、與待測(cè)量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)所述入射面入射到所述棱鏡內(nèi)以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內(nèi)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(nèi)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(jīng)所述出射面出射；光通量測(cè)量計(jì)，用于測(cè)量所述第二反射光束的光通量；折射率計(jì)算裝置，用于根據(jù)光通量與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待測(cè)液體的折射率。由此降低了液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的成本。
【專利說(shuō)明】
_種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]折射率是液體的重要光學(xué)參數(shù)之一，借助折射率能了解液體的光學(xué)性能、純度、濃度以及色散等性質(zhì)，其他的一些參數(shù)(如熱光系數(shù))也與折射率密切相關(guān)。因此，液體折射率的測(cè)量在化工、醫(yī)藥、食品、石油等等領(lǐng)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(cè)量方法，是根據(jù)全反射原理，通過(guò)測(cè)量處于臨界角光線的出射角，計(jì)算出待測(cè)液體的折射率。如圖1所示，一種典型的全反射臨界角測(cè)量系統(tǒng)包括光源Ul、棱鏡U3、圖像傳感器U2，工作時(shí)，從光源Ul發(fā)出的光束穿過(guò)透鏡U3到達(dá)被測(cè)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(duì)應(yīng)在被測(cè)溶液X和棱鏡U3的界面發(fā)生全反射的光線，暗的部分對(duì)應(yīng)未發(fā)生全反射的光線，明暗分界線則對(duì)應(yīng)發(fā)生全反射的臨界角。由于被測(cè)溶液的折射率的變化會(huì)導(dǎo)致發(fā)生全反射的臨界角的變化，因此通過(guò)測(cè)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(cè)液體的折射率。
[0004]但是，明暗分界線的位置檢測(cè)需要使用CCD或CMOS圖像測(cè)量裝置，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于現(xiàn)有的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)需要使用CCD或CMOS圖像測(cè)量裝置檢測(cè)明暗分界線的位置，從而使得測(cè)量系統(tǒng)成本高。
[0006]為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，包括:光源;棱鏡，包括入射面、與待測(cè)量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)所述入射面入射到所述棱鏡內(nèi)以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內(nèi)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(nèi)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(jīng)所述出射面出射;光通量測(cè)量計(jì)，用于測(cè)量所述第二反射光束的光通量;折射率計(jì)算裝置，用于根據(jù)光通量與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待測(cè)液體的折射率。
[0007]優(yōu)選地，所述光源是聚光源。
[0008]優(yōu)選地，所述光源和所述光通量測(cè)量計(jì)在在所述棱鏡的同一側(cè)。
[0009]優(yōu)選地，所述第一表面與所述第二表面垂直。
[0010]優(yōu)選地，所述液體折射率測(cè)量系統(tǒng)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(fā)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(guò)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(cè)量計(jì)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(guò)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(shè)置為使得從所述光源的同一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)所述第二聚光透鏡出射后成為平行光。
[0011]優(yōu)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(yōu)選地，所述光源發(fā)出的光束的發(fā)散角為20-35度;所述入射光束的發(fā)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(yōu)選地，所述液體折射率測(cè)量系統(tǒng)還包括:光闌，位于所述第二聚光透鏡與所述光通量測(cè)量計(jì)之間，用于濾除雜光。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)利用在棱鏡和待測(cè)液體的接觸面上反射的光束的光通量和該待測(cè)液體的折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)計(jì)算該待測(cè)液體的折射率，使得只需要成本低廉的光通量測(cè)量計(jì)就可以測(cè)量液體的折射率，從而降低了液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為現(xiàn)有的一種液體折射率測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的光路示意圖；
[0021 ]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的俯視圖；
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的剖視圖；
[0023]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“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(duì)重要性。
[0026]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，包括:
[0029]光源Ul，優(yōu)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(cè)量液體對(duì)妾觸的第一表面S2、第二表面S3和出射面，該光源發(fā)出的光束經(jīng)該入射面入射到該棱鏡內(nèi)以形成入射光束，該入射光束在該棱鏡內(nèi)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(nèi)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(jīng)出射面出射;其中，該第二表面優(yōu)選鍍有反射膜，該反射膜優(yōu)選為高反介質(zhì)膜或者鋁膜，以增強(qiáng)反射效果；
[0031]光通量測(cè)量計(jì)U2，用于測(cè)量經(jīng)該出射面出射的該第二反射光束的光通量；
[0032]折射率計(jì)算裝置(未圖示)，用于根據(jù)光通量與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待測(cè)液體的折射率。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例的液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)利用在棱鏡和待測(cè)液體的接觸面上反射的光束的光通量和該待測(cè)液體的折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來(lái)計(jì)算該待測(cè)液體的折射率，使得只需要成本低廉的光通量測(cè)量計(jì)就可以測(cè)量液體的折射率，從而降低了液體折射率測(cè)量系統(tǒng)的成本。
[0034]優(yōu)選地，光源Ul和光通量測(cè)量計(jì)U2在在棱鏡U3的同一側(cè)，由此有助于減小裝置體積。
[0035]優(yōu)選地，第一表面S2與第二表面S3垂直。
[0036]優(yōu)選地，該光通量測(cè)量計(jì)U2基于硅光電池。
[0037]實(shí)施例2
[0038]如圖3所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例進(jìn)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(fā)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(guò)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(cè)量計(jì)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(guò)該第二表面的中心η’；由此，光通量測(cè)量計(jì)U2上的感光點(diǎn)U，V和Ζ，分別接收來(lái)自光源Ul的不同發(fā)光點(diǎn)Α、Β和C的光線，有助于光通量測(cè)量計(jì)U2接收到的光束的均勾化。優(yōu)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(yōu)選地，是采用光學(xué)級(jí)樹脂注塑工藝一體化成型的，從而保障光學(xué)部件的裝配一致性。
[0040]進(jìn)一步的，該第一聚光透鏡和該第二聚光透鏡設(shè)置為，從該光源的同一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)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(fā)光點(diǎn)A發(fā)出的發(fā)散光al，a2和a3，在依次經(jīng)過(guò)第一聚光透鏡S1、棱鏡U3和第二聚光透鏡S4后變?yōu)槠叫泄鈇l，a2和a3，同樣的，從光源Ul的發(fā)光點(diǎn)B發(fā)出的發(fā)散光bl，b2和b3也變成平行光bl，b2和b3，從光源Ul的發(fā)光點(diǎn)C發(fā)出的發(fā)散光cl，c2和c3也變成平行光cl，c2和c3。由此，通過(guò)將光源上任意點(diǎn)發(fā)出的光均勻地照射在光通量測(cè)量計(jì)的感光表面上，實(shí)現(xiàn)了光通量測(cè)量計(jì)U2接收到的光束的均勻化，即，光通量測(cè)量計(jì)U2接收到的光束是整體變亮或變暗的，如圖3所示，當(dāng)被測(cè)溶液折射率小時(shí)，光通量測(cè)量計(jì)U2接收的光束較亮，光通量較大，當(dāng)被測(cè)溶液折射率大時(shí)，光通量測(cè)量計(jì)U2接收的光束較暗，光通量較小。
[0041]優(yōu)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(cè)量計(jì)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(yōu)選地，為了使系統(tǒng)的折射率測(cè)量范圍到1.32-1.52，設(shè)置光源發(fā)出的光束發(fā)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(fā)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(yōu)選地，該第一聚光透鏡是球面鏡，更優(yōu)選的是非球面鏡，以修正入射光束的入射角范圍。優(yōu)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(xù)、平滑、單調(diào)的。
[0044]優(yōu)選地，該第二聚光透鏡優(yōu)選是球面鏡，更優(yōu)選的是非球面鏡，以調(diào)整入射到光通量測(cè)量計(jì)U2上的光束的入射角度。
[0045]實(shí)施例3
[0046]如圖4所示，在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例進(jìn)一步包括光闌U4，位于第二聚光透鏡S4與光通量測(cè)量計(jì)U2之間，用于濾除雜光，提高測(cè)量精度。
[0047]下面參照?qǐng)D6-8進(jìn)一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體折射率測(cè)量裝置，圖6-8中示出的液體折射率測(cè)量裝置只是示例，并不意在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制。
[0048]如圖6-8所示的液體折射率測(cè)量裝置為長(zhǎng)條型，包括上殼體11和下殼體19。
[0049]該上殼體用于光學(xué)模塊和處理電路的封裝，其上表面由左至右依次設(shè)置有測(cè)量池10，用于容納待測(cè)量液體;液晶顯示屏12，用于顯示待測(cè)液體的折射率或與折射率對(duì)應(yīng)的濃度值;刻度轉(zhuǎn)換按鍵13，用于切換待測(cè)液體的各種測(cè)量結(jié)果(折射率或與折射率對(duì)應(yīng)的濃度值)；校準(zhǔn)按鍵14，用于進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn);測(cè)量按鍵15，用于啟動(dòng)測(cè)量。
[0050]該下殼體19與上殼體11共同形成封閉的殼體，優(yōu)選地，下殼體與上殼體通過(guò)超聲波焊接連接，并達(dá)到防水要求。
[0051]在殼體內(nèi)，在測(cè)量池底部設(shè)置有光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊包括設(shè)置在傳感器電路板20上的LED光源Ul、光電池U2和測(cè)溫傳感器17，以及光學(xué)系統(tǒng)固定本體16內(nèi)的樹脂棱鏡U3，其中，由于液體的折射率會(huì)隨溫度而變化，因此設(shè)置該測(cè)溫傳感器以測(cè)量液體的溫度。在殼體的另一側(cè)，在液晶顯不屏下設(shè)置有主電路板18。
[0052]在使用時(shí)，如圖8所示，將該液體折射率測(cè)量裝置的測(cè)量池一側(cè)浸入待測(cè)液體中，使得待測(cè)液體充滿測(cè)量池，另一側(cè)在待測(cè)液體之上，露出液晶顯示屏。也可以根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)置該液體折射率測(cè)量裝置為整體防水，在整體浸入待測(cè)液體時(shí)也可以進(jìn)行測(cè)量。
[0053]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種液體折射率測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光源； 棱鏡，包括入射面、與待測(cè)量液體接觸的第一表面、第二表面和出射面，所述光源發(fā)出的光束經(jīng)所述入射面入射到所述棱鏡內(nèi)以形成入射光束，所述入射光束在所述棱鏡內(nèi)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(nèi)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(jīng)所述出射面出射； 光通量測(cè)量計(jì)，用于測(cè)量所述第二反射光束的光通量； 折射率計(jì)算裝置，用于根據(jù)光通量與折射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待測(cè)液體的折射率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是聚光源。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源和所述光通量測(cè)量計(jì)在在所述棱鏡的同一側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一表面與所述第二表面垂直。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)，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(fā)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(guò)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(cè)量計(jì)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(guò)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(shè)置為使得從所述光源的同一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)所述第二聚光透鏡出射后成為平行光。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源發(fā)出的光束的發(fā)散角為20-35度;所述入射光束的發(fā)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(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)，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(cè)量計(jì)之間，用于濾除雜光。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK105954232SQ201610356677
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】馬玉峰
【申請(qǐng)人】北京領(lǐng)航力嘉機(jī)電有限公司