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原文传递一种液体折射率的测量装置及测量方法

专利名称：	一种液体折射率的测量装置及测量方法
摘要：	本发明公开了一种液体折射率的测量装置及测量方法，包括光源，光源用于发出平行光束，半透半反镜设置在光路上，半透半反镜将光源发出的水平光束分为第一光束和第二光束，第一光束照射在待测液柱，经散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD用于记录待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD和第二线阵CCD均与计算机连接；第二光束照射在平面镜上，经平面镜反射后照射在标准液柱上，经散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD用于记录标准液体的彩虹分布；本发明通过平行光束照射标准液柱和待测液柱，平行在标准液柱和待测液柱处，分别形成一阶彩虹，通过对标准液柱和待测液柱处的一阶彩虹解析得到待测液体的折射率，测量方法简单，易于操作。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	陕西科技大学
发明人：	罗道斌;秦毅盼;骞来来;师博;谢娇娇;吴圣博;岳宗敏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910544955.6
公开号：	CN110132895A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	安彦彦
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710021 陕西省西安市未央区大学园1号
主权项：	1.一种液体折射率的测量装置，其特征在于，包括光源(1)、半透半反镜(2)、平面镜(3)、待测液柱(4)、第一线阵CCD(5)、计算机(6)、标准液柱(7)及第二线阵CCD(8)，光源(1)用于发出平行光束，半透半反镜(2)设置在光路上，半透半反镜(2)将光源(1)发出的水平光束分为第一光束(101)和第二光束(102)，第一光束(101)照射在待测液柱(4)，经待测液柱(4)散射后形成待测液体的彩虹分布，第一线阵CCD(5)用于记录待测液体的一阶彩虹散射强度分布；第二光束(102)照射在平面镜(3)上，经平面镜(3)反射后照射在标准液柱(7)上，经标准液柱(7)散射后形成标准液体的彩虹分布，第二线阵CCD(8)用于记录标准液体的一阶彩虹散射强度分布；待测液柱(4)与标准液柱(7)的直径尺寸相同，标准液体为折射率已知的液体；第一线阵CCD(5)和第二线阵CCD(8)均与计算机(6)连接。 2.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，光源(1)、半透半反镜(2)及平面镜(3)共线设置，待测液柱(4)和第一线阵CCD(5)设置在光源(1)的一侧，待测液柱(4)和第一线阵CCD(5)的连线与光源(1)和平面镜(3)的连线平行；标准液柱(7)和第二线阵CCD(8)设置在光源(1)的另一侧，标准液柱(7)和第二线阵CCD(8)的连线与光源(1)和平面镜(3)的连线平行。 3.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，包括第一导管(41)、第一支架(42)、第一注射泵(43)、第二导管(71)、第二支架(72)及第二注射泵(73)，第一导管(41)、第一支架(42)及第一注射泵(43)设置在光源(1)的一侧，第二导管(71)、第二支架(72)及第二注射泵(73)设置在光源(1)的另一侧；第一导管(41)的一端竖直向下固定在第一支架(42)上，第一导管(41)的另一端与第一注射泵(43)连接，第一注射泵(43)用于将待测液体注入至第一导管(41)内，待测液体并在第一导管(41)的管口1mm处形成待测液柱(4)；第二导管(71)的一端竖直向下固定在第二支架(72)上，第二导管(71)的另一端与第二注射泵(73)连接，第二注射泵(73)用于将标准液体注入至第二导管(71)内，标准液体在第二导管(71)的管口1mm处形成标准液柱。 4.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，还包括第一旋转支架(9)和第二旋转支架(10)，半透半反镜(2)设置在第一旋转支架(9)上，平面镜(3)设置在第二旋转支架(10)上；第一旋转支架(9)和第二旋转支架(10)的旋转角度精度均为0.017°。 5.根据权利要求2所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，还包括互相平行第一滑轨(11)、第二滑轨(12)及第三滑轨(13)，第二滑轨(12)设置在第一滑轨(11)的一侧，第三滑轨(13)设置在第一滑轨(11)的另一侧；光源(1)、半透半反镜(2)及平面镜(3)依次设置在第一滑轨(11)上；待测液柱(4)和第一线阵CCD(5)滑动设置在第二滑轨(12)上，标准液柱(7)和第二线阵CCD(8)设置在第三滑轨(13)上。 6.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，光源(1)采用He-Ne激光器。 7.根据权利要求2所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，第一注射泵(43)和第二注射泵(73)的注射流速设定范围为0.1ml/h-1600ml/h，最小分辨率0.1ml/h。 8.根据权利要求1所述的一种液体折射率的测量装置，其特征在于，第一线阵CCD(5)和第二线阵CCD(8)均采用SG-14-01k80-00-R型线阵CCD。 9.一种液体折射率的测量方法，其特征在于，利用权利要求1-8任意一项所述的一种液体折射率的测量装置，包括以下步骤：步骤1、开启光源(1)，调节半透半反镜(2)，确保第一线阵CCD(5)上恰好能接收到待测液体的彩虹分布；调节平面镜(3)，确保第二线阵CCD(8)恰好能接收到标准液体的彩虹分布；步骤2、对第一线阵CCD(5)记录的待测液柱一阶彩虹散射强度分布进行角度标定，将待测液柱一阶彩虹散射强度分布转换为散射角度与散射强度之间的关系；对第二线阵CCD(8)记录的标准液柱一阶彩虹散射强度分布进行角度标定，将待测液柱一阶彩虹散射强度分布转换为散射角度与散射强度之间的关系；步骤3、在进行角度标定后的标准液柱一阶彩虹散射强度分布中提取出完整的Airy结构，并获得待测液柱一级和二级Airy峰角位置之差Δθ1，而Δθ1的数学表达式为： Δθ1＝2.816627·h01/3·α-2/3；其中，h0为标准液柱彩虹三次波前曲率， m0为待测液柱的折射率； α为无量纲尺寸参量；在进行角度标定后的待测液柱的一阶彩虹散射强度分布中提取出完整的Airy结构，并获得待测液柱一级和二级Airy峰角位置之差Δθ2，而Δθ2的数学表达式为：其中，h1为待测液柱彩虹三次波前曲率， m为待测液柱的折射率；步骤4、求解标准液柱和待测液柱Airy结构中的一级和二级Airy峰角位置之差的比值k，k的数学表达式为：步骤5、根据标准液柱和待测液柱Airy结构中的一级和二级Airy峰角位置之差的比值k，得到待测液柱的折射率m反演公式为：其中，h0为标准液柱的彩虹三次波前曲率：求解待测液柱的折射率m反演公式，得到待测液柱的折射率m。 10.根据权利要求9所述的一种液体折射率的测量方法，其特征在于，步骤3中采用EMD分析方法对进行角度标定后待测液柱或标准液柱的一阶彩虹散射强度分布进行滤波处理后，得到待测液柱或标准液柱的一阶彩虹散射强度分布中完整的Airy结构。
所属类别：	发明专利