專利名稱：聚光自動(dòng)阿貝折射儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種聚光自動(dòng)阿貝折射儀。
背景技術(shù)：
阿貝折射儀的工作原理如圖1所示，鏡箱由兩個(gè)直角棱鏡所構(gòu)成，下部為基本棱 鏡l，上部為輔助棱鏡2，被測液體位于基本棱鏡1與輔助棱鏡2之間的狹縫3內(nèi)。 入射光進(jìn)入輔助棱鏡2，輔助棱鏡2的AB面為一毛玻璃，入射光在毛玻璃面上發(fā)生漫 散射。并從各個(gè)方向通過置于縫隙的液層而達(dá)到基本棱鏡的CD面。根據(jù)折射定律， 當(dāng)光由光疏介質(zhì)即待測液體折射進(jìn)入光密介質(zhì)即基本棱鏡時(shí)，折射角小于入射角；如 果入射光正好沿著CD面射入，即入射角"=90° ，則折射角為e。。因再也沒有比e。 更大的折射角，所以e。為臨界角。對(duì)CD鏡面上任一點(diǎn)來說，當(dāng)光在0 90°范圍內(nèi)
入射時(shí)，折射光都應(yīng)落在臨界角e。內(nèi)成為亮區(qū)，其它為暗區(qū)，構(gòu)成明暗的分界線，
因此具有特征意義。根據(jù)公式，n-n7sine。， r/為棱鏡的折射率，因此若已知棱鏡的
折射率，測定臨界角e。，就能求出液體的折射率n。
現(xiàn)有技術(shù)中的阿貝折射儀，通過轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡觀測臨界點(diǎn)，然后通過另一個(gè)目鏡讀取 刻度盤12上待測物質(zhì)的折射率。并且溫度補(bǔ)償需要手工計(jì)算，使用起來非常不便。 阿貝折射儀的測量的折射率范圍為1. 3-1. 7。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種操作方便，可自動(dòng)顯示 折射率的聚光自動(dòng)阿貝折射儀。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案
一種聚光自動(dòng)阿貝折射儀，包括光源、基本棱鏡和輔助棱鏡，所述基本棱鏡與所 述輔助棱鏡之間留有狹縫，還包括設(shè)于所述基本棱鏡出射光方向上的聚光透鏡，設(shè)于 所述聚光透鏡出射光方向上的圖像傳感器，與所述圖像傳感器相連接的處理模塊，與 所述處理模塊相連接的顯示裝置。所述處理模塊獲取所述圖像傳感器信息，計(jì)算出光 線的在該圖像傳感器上的位置，所述處理模塊根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際角度加上因聚光透鏡
而減小的角度，進(jìn)而計(jì)算出臨界角e。及液體的折射率n。并根據(jù)需要，顯示相關(guān)信息
于所述顯示裝置上。通過對(duì)基本棱鏡出射光聚光，可減小所述圖像傳感器的面積，以 降低成本，方便使用。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述聚光透鏡為柱狀聚光透鏡。該聚光透鏡是柱面 透鏡，可以使出射光線橫向呈線狀，便于圖像傳感器接收。
作為本實(shí)用新型的又一改進(jìn)，所述柱狀聚光透鏡靠近所述基本棱鏡一側(cè)為一平 面。以方便柱狀聚光透鏡的安裝。
作為本實(shí)用新型的再一改進(jìn)，所述柱狀聚光透鏡靠近所述圖像傳感器一側(cè)為圓柱形。
作為本實(shí)用新型的再一改進(jìn)，所述圓弧的中點(diǎn)、所述圓弧的圓心與所述基本棱鏡 的中點(diǎn)在一條直線上。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述柱狀聚光透鏡貼設(shè)于所述基本棱鏡上。以提高 工藝性和穩(wěn)定性。
作為本實(shí)用新型的再一改進(jìn)，還包括一用于測量被測液體溫度的溫度傳感器，所 述溫度傳感器與所述處理模塊相連接。所述處理模塊從該溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)， 以修正溫度對(duì)折光率的影響。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述溫度傳感器貼設(shè)于所述基本棱鏡上。以提高工 藝性和穩(wěn)定性。
其中，所述圖像傳感器為CCD或CMOS圖像傳感器。
本實(shí)用新型提供的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，安裝的柱狀聚光透鏡，使得經(jīng)折射率為 1. 3-1. 7之間物質(zhì)折射后的出射光線都能進(jìn)入圖像傳感器，并使光線盡力垂直于圖像 傳感器，使之接收穩(wěn)定?？梢詫y定的折射率以數(shù)字顯示出來，并可隨溫度變化自動(dòng) 進(jìn)行修正，不需人工瞄準(zhǔn)，無需使用刻度盤進(jìn)行讀數(shù)，操作方便。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。


圖l為阿貝折射儀原理構(gòu)造圖； 圖2為本實(shí)用新型的構(gòu)造示意圖； 圖3為本實(shí)用新型計(jì)算過程原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示， 一種聚光自動(dòng)阿貝折射儀，包括光源ll、基本棱鏡4和輔助棱鏡5， 所述基本棱鏡4與所述輔助棱鏡5之間留有狹縫6，還包括設(shè)于所述基本棱鏡出射光 方向上的聚光透鏡9，設(shè)于所述聚光透鏡9出射光方向上的圖像傳感器13，與所述圖 像傳感器13相連接的處理模塊7,與所述處理模塊7相連接的顯示裝置8。所述處理 模塊7獲取所述圖像傳感器13信息，計(jì)算出光線的在該圖像傳感器13上的位置，所 述處理模塊7根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際角度加上因聚光透鏡9而減小的角度，進(jìn)而計(jì)算出臨 界角e。及液體的折射率n。并根據(jù)需要，顯示相關(guān)信息于所述顯示裝置8上。通過對(duì) 基本棱鏡4出射光聚光，可減小所述圖像傳感器13的面積，以降低成本，方便使用。
其中，所述聚光透鏡9為柱狀聚光透鏡9。所述柱狀聚光透鏡9靠近所述基本棱 鏡4一側(cè)為一平面。所述柱狀聚光透鏡9靠近所述圖像傳感器13—側(cè)為圓弧形。所 述柱狀聚光透鏡9貼設(shè)于所述基本棱鏡4上。
其中，所述圓弧的中點(diǎn)、所述圓弧的圓心與所述基本棱鏡4的入射點(diǎn)在一條直線 上。所述圓弧的圓心至所述基本棱鏡4的入射點(diǎn)的距離等于圓弧的半徑。
其中，還包括一用于測量被測液體溫度的溫度傳感器10，所述溫度傳感器10與 所述處理模塊7相連接。所述溫度傳感器10貼設(shè)于所述基本棱鏡4上。
其中，所述圖像傳感器13可以是CCD或CMOS圖像傳感器13。
本實(shí)用新型的使用方法為將待測物質(zhì)放入狹縫6內(nèi)，光源ll發(fā)出的光依次經(jīng) 輔助棱鏡5、裝有待測液體的狹縫6、基本棱鏡4、柱狀聚光透鏡9后，照射在所述圖 像傳感器13上，所述圖像傳感器13將接收到光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)后，傳輸?shù)教?理模塊7，所述處理模塊7對(duì)獲取的數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，計(jì)算出光線的在該圖 像傳感器13上的位置信息，從而計(jì)算出實(shí)際角度，并將實(shí)際角度加上因聚光透鏡9 而減小的角度，從而計(jì)算出所述臨界角a及液體的折射率n。同時(shí)，溫度傳感器10 測量溫度后將溫度數(shù)據(jù)輸送到處理模塊7，處理模塊7根據(jù)該溫度值，修正折射率n， 并將修正后的折射率n顯示于所述顯示裝置8上。其中，溫度對(duì)折光率的影響系值為 己知系值，所述處理模塊7只需根據(jù)該系數(shù)調(diào)整折光率即可。
本實(shí)用新型工作原理如圖3所示，首先根據(jù)各物質(zhì)的折射率，可預(yù)先計(jì)算出h的 數(shù)值并輸入程序，使用時(shí)，當(dāng)出射光線照射到CCD傳感器上時(shí)，根據(jù)實(shí)際測試時(shí)的h 值査找該h值對(duì)應(yīng)的折射率或通過h值計(jì)算出折射率，并顯示折射率數(shù)值于顯示裝 置8。
h值的計(jì)算過程如下如圖3所示，出射光線由P點(diǎn)進(jìn)入基本棱鏡4，由L點(diǎn)射
出，O為拄狀聚光透鏡的圓心，0L為法線，PN為法線。
己知狹縫中的物質(zhì)的折射率n、基本棱鏡的折射率rn、空氣的折射率ri2,柱狀聚 光透鏡的半徑R,并且安裝時(shí)使OP=OL=OF (即所述圓弧的中點(diǎn)F、所述圓弧的圓心 0與所述基本棱鏡4的入射點(diǎn)P在一條直線上。所述圓弧的圓心0至所述基本棱鏡4 的入射點(diǎn)P的距離等于圓弧的半徑OL)。角度0=90° —t，由狹縫中的物質(zhì)的折射率 n可根據(jù)公式nsina^n,sina，計(jì)算出光線由狹縫中的物質(zhì)進(jìn)入基本棱鏡后的臨界 角a ;
0-co+S;由于0P-0L，所以"=6，所以9=25=2 (a—e);代入式GK =0Lsin 6 ，得GK=0Lsin2 ( a — e )，可計(jì)算出GK數(shù)值；
己知空氣的折射率n2和柱狀聚光透鏡的折射率m，由前述公式計(jì)算得角度w，故 由公式n2sinw=niSinX，可計(jì)算出角度入的數(shù)值； LK=GF+FM， FM=0F—0M=R—Rcos 8 ;
由于LK與FG平行，故0-X+o， 0 = e—A，由此可計(jì)算出角度o的數(shù)值， 將o值代入公式EK=LKtg o ,可計(jì)算出EK數(shù)值；
h=EK+KG,由此可計(jì)算出h值，每種物質(zhì)相對(duì)應(yīng)一個(gè)h值。
同理，反向推理可由h值計(jì)算得出臨界角a值，進(jìn)一步計(jì)算可得出狹縫中的物質(zhì) 的折射率。
通過計(jì)算可知只要柱面透鏡的半徑R (或者曲率)確定， 一定的折射率n就對(duì) 應(yīng)唯一的高度h，即由圖像傳感器上的調(diào)度(h)可以推算出折射率n。并且不同折射 率的被測液體在圖像傳感器13上都有其對(duì)應(yīng)的且不相同的h數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)本實(shí) 用新型的目的。
上述實(shí)施例僅用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)等同手段，均在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求1. 聚光自動(dòng)阿貝折射儀，包括光源、基本棱鏡和輔助棱鏡，所述基本棱鏡與，述輔助棱鏡之 間留有狹縫，其特征在于還包括設(shè)于所述基本棱鏡出射光方向上的聚光透鏡，設(shè)于所述 聚光透鏡出射光方向上的圖像傳感器，與所述圖像傳感器相連接的處理模塊，與所述處理 模塊相連接的顯示裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述聚光透鏡為柱狀聚光透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述柱狀聚光透鏡靠近所述基 本棱鏡一側(cè)為一平面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述柱狀聚光透鏡靠近所述圖 像傳感器一側(cè)為圓柱形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述圓弧的中點(diǎn)、所述圓弧的 圓心與所述基本棱鏡的中點(diǎn)在一條直線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述柱狀聚光透鏡 貼設(shè)于所述基本棱鏡上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于還包括一用于測量被測液 體溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述處理模塊相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述溫度傳感器貼設(shè)于所述基 本棱鏡上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚光自動(dòng)阿貝折射儀，其特征在于所述圖像傳感器為CCD或CMOS 圖像傳感器。
專利摘要一種聚光自動(dòng)阿貝折射儀，包括光源、基本棱鏡和輔助棱鏡，所述基本棱鏡與所述輔助棱鏡之間留有狹縫，還包括設(shè)于所述基本棱鏡出射光方向上的聚光透鏡，設(shè)于所述聚光透鏡出射光方向上的圖像傳感器，與所述圖像傳感器相連接的處理模塊，與所述處理模塊相連接的顯示裝置。所述處理模塊獲取所述圖像傳感器信息，計(jì)算出光線的在該圖像傳感器上的位置，進(jìn)而計(jì)算出臨界角β₀及液體的折射率n。并根據(jù)需要，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，修正n值，顯示相關(guān)信息于所述顯示裝置上。通過對(duì)基本棱鏡出射光聚光，可減小所述圖像傳感器的面積，以降低成本，方便使用。本實(shí)用新型可以將測定的折射率以數(shù)字顯示出來，操作方便。
文檔編號(hào)G01N21/41GK201021920SQ20072006789
公開日2008年2月13日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者張則訓(xùn) 申請人:上海光學(xué)儀器五廠有限公司;張則訓(xùn)