測量氣體折射率的方法和裝置製造方法
2023-07-29 20:48:26
測量氣體折射率的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種測量氣體折射率的方法和裝置，其中所述裝置包括氣室，用於集取待測氣體；螺管，用於將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上，由此使得氣室位於反射鏡所在的光路上；真空泵，用於採用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；其中，變化的壓強用於測量氣體的折射率。採用本發明的測量氣體折射率的裝置，能夠測量任意氣體的折射率，同時還能實時採樣壓強的變化並在顯示器上以數位化顯示。
【專利說明】測量氣體折射率的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量氣體折射率的方法和裝置，尤其涉及一種利用麥可遜幹涉儀測量氣體折射率的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]折射率在物理、生物、化學等學科領域是一個很重要的參數，對其精確測量在物理、化工、醫藥、食品等相關工業部門有重要意義和用途。因此，許多的測量折射率的方法應運而生。傳統的測量方法有掠入射法、衍射光柵法、雷射照射法和CCD測量法，還有寬帶吸收光譜法、滴定法和螢光淬火等測量方法。
[0003]麥可遜幹涉儀是一款構思巧妙、結構緊湊和測試精度很高的光學測量儀器，在物理學，特別是近代物理學發展中佔據舉足輕重的地位，可以完成多種分析測試和實驗教學工作，該儀器也是我國高校物理實驗中心最常見的實驗儀器之一。麥可遜幹涉儀的原理是一束入射光由分光板分為兩束後各自被對應的平面鏡反射回來並產生幹涉，幹涉中兩束光的不同光程可以通過調節幹涉臂長度以及改變介質的折射率來實現，從而使幹涉圖樣發生改變。麥可遜幹涉儀通常用於做光波波長、折射率、厚度以及同心圓幹涉條紋的測量
坐寸ο
[0004]現有技術中，利用麥可遜幹涉儀測量氣體折射率主要的方法多為通過捏動打氣皮囊來改變氣室內壓強，由於皮囊打進的是空氣，這只能測量空氣的折射率，應用範圍較小，不適用於任意氣體折射率的測量。此外，在讀氣壓計上壓強的讀數時，由於是指針顯示氣壓數值，氣壓變化不大時讀數差別不大，應當待小氣室內的空氣壓強穩定不變即氣壓計上的讀數穩定不再變化後再進行讀數，這有時也會給測量帶來較大的誤差。
【發明內容】
[0005]本發明是鑑於上述技術問題而產生的。本發明的目的是提出一種測量氣體折射率的方法和裝置，其能夠測量任意氣體的折射率，同時還能實時採樣壓強的變化並在顯示器上以數位化顯示。
[0006]本發明的實施例提供一種測量氣體折射率的裝置，包括麥可遜幹涉儀，所述麥可遜幹涉儀包括反射鏡和導軌；其中所述裝置還包括氣室，用於集取待測氣體；螺管，用於將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上，由此使得氣室位於反射鏡所在的光路上；真空泵，用於採用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；其中，變化的壓強用於測量氣體的折射率。
[0007]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括過濾器，用於淨化真空泵抽出的氣體。
[0008]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓傳感器，用於感應氣室內的壓強變化，並將其轉換為電壓信號後通過接口輸出給氣壓顯示裝置進行顯示。
[0009]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括導氣管，其中所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導氣管相連接。[0010]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示 裝置包括A/D轉換電路、主控制器、存儲器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中 A/D轉換電路，用於通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，並經過A/D轉換輸出數字信 號給主控制器；主控制器，用於接收到來自A/D轉換電路的數位訊號後，將其存儲到存儲器 中，同時驅動顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用於給用戶提供查詢功 能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲器中的氣壓信息。[0011]本發明的實施例還提供一種氣體折射率的測量方法，包括在氣室中採集待測氣 體；將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上；調節麥可遜幹涉儀，產生幹涉條紋並通過 氣室；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；基於幹涉條紋隨氣 室裡的壓強變化而變化，由此計算出氣體的折射率。[0012]進一步地，本發明的採用氣體折射率的測量方法採用以下公式來計算氣體的折射 率:[0013]n。= ; * t+l;其中，N為條紋移動個數，λ為待測氣體的波長,L為氣室有效長2L Ap度，Po為室溫下常壓，Λρ為氣室壓強的變化量。[0014]與現有技術相比，採用本發明的測量氣體折射率的方法和裝置具有以下有益效 果:[0015](I)本發明的測量氣體折射率的方法和裝置能夠測量任意氣體的折射率，由此大 大提高了麥可遜幹涉儀的應用範圍。[0016](2)本發明的測量氣體折射率的方法和裝置能實時採樣壓強的變化，並且採用自 動數位化的數顯模式，能夠完整記錄測量所需的數據並能減少測量時間，方便測量中對數 據的處理、記錄和查詢，操作簡便，顯著提高測量的效率。【專利附圖】
【附圖說明】[0017]結合隨後的附圖，從下面的詳細說明中可顯而易見的得出本發明的上述及其他目 的、特徵及優點。在附圖中:[0018]圖1-2示出了根據本發明的測量氣體折射率的裝置的功能組成框圖；[0019]圖3示出了採用本發明的測量氣體折射率的裝置進行氣體折射率測量的方法流 程圖。【具體實施方式】[0020]為了更全面地理解本發明及其優點，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一 步詳細地說明。[0021]本發明提供了一種測量氣體折射率的裝置，包括:麥可遜幹涉儀，所述麥可遜 幹涉儀包括反射鏡和導軌；其中所述裝置還包括氣室，用於集取待測氣體；螺管，用於將氣 室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上，由此使得氣室位於反射鏡所在的光路上；真空泵，用於 採用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；其中，變化的壓強用於測量 氣體的折射率。[0022]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括過濾器，用於淨化真空泵抽出的氣體。[0023]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓傳感器，用於感應氣室內的壓強變化，並將其轉換為電壓信號後通過接口輸出給氣壓顯示裝置進行顯示。[0024]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括導氣管，其中所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導氣管相連接。[0025]進一步地，本發明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示裝置包括A/D轉換電路、主控制器、存儲器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中 A/D轉換電路，用於通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，並經過A/D轉換輸出數位訊號給主控制器；主控制器，用於接收到來自A/D轉換電路的數位訊號後，將其存儲到存儲器中，同時驅動顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用於給用戶提供查詢功能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲器中的氣壓信息。[0026]下面，參考圖1-2，對根據本發明的測量 氣體折射率的裝置進行詳細介紹。[0027]本發明的測量氣體折射率的裝置包括:麥可遜幹涉儀8，氣室10，真空泵11，螺管12，氣壓傳感器13，導氣管24，過濾器26，氣壓接口 30，以及旋鈕40。其中:[0028]麥可遜幹涉儀8包括反射鏡9和導軌33。[0029]氣室10，用於集取待測氣體。其中，待測氣體可以是有待測量的任意氣體。[0030]螺管12，用於將氣室10連接在麥可遜幹涉儀8的導軌33上，[0031]由此使得氣室10位於反射鏡9所在的光路上。[0032]真空泵11，用於在旋鈕40處於打開狀態下時，採用排氣法從氣室10中緩慢抽氣， 由此使得氣室10內壓強逐漸減小，變化的壓強用於測量氣體的折射率。[0033]過濾器26，用於淨化真空泵11抽出的氣體，由此防止有汙染的氣體溢出。[0034]氣壓傳感器13，用於感應氣室10內的壓強變化，並將其轉換為電壓信號通過接口 30輸出給氣壓顯示裝置。在本發明中，氣壓顯示裝置包括:A/D轉換電路、主控制器、存儲器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器。其中，A/D轉換電路將從接口 30接收到的電壓信號，經過A/D轉換輸出數位訊號給主控制器；主控制器接收到來自A/D轉換電路的數位訊號後，將其存儲到存儲器中，同時驅動顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息。另外， 用戶也可以通過查詢接口來查詢保存在存儲器中的氣壓信息。[0035]其中，氣室10、真空泵11、過濾器26、氣壓傳感器13之間通過導氣管24相連接。[0036]此外，本發明的實施例還提供一種氣體折射率的測量方法，包括在氣室中採集待測氣體；將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上；調節麥可遜幹涉儀，光經過氣室產生幹涉條紋；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；基於幹涉條紋隨氣室裡的 壓強變化而變化，由此計算出氣體的折射率。[0037]進一步地，本發明的採用氣體折射率的測量方法採用以下公式來計算氣體的折射率:Νλ & Pn , 1[0038]
【權利要求】
1.一種測量氣體折射率的裝置，包括麥可遜幹涉儀，所述麥可遜幹涉儀包括反射鏡和導軌，其特徵在於，所述裝置還包括:氣室，用於集取待測氣體；螺管，用於將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上，由此使得氣室位於反射鏡所在的光路上；真空泵，用於採用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；其中，變化的壓強用於測量氣體的折射率。
2.根據權利要求1所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括:過濾器，用於淨化真空泵抽出的氣體。
3.根據權利要求1-2任一項所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括:氣壓傳感器，用於感應氣室內的壓強變化，並將其轉換為電壓信號後通過接口輸出給氣壓顯示裝置進行顯示。
4.根據權利要求3所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括導氣管，其中:所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導氣管相連接。
5.根據權利要求3所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括所述氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示裝置包括A/D轉換電路、主控制器、存儲器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中:A/D轉換電路，用於通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，並經過A/D轉換輸出數位訊號給主控制器；主控制器，用於接收到來自A/D轉換電路的數位訊號後，將其存儲到存儲器中，同時驅動顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用於給用戶提供查詢功能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲器中的氣壓信息。
6.一種利用權利要求1-5任一項所述測量氣體折射率的裝置進行氣體折射率測量的方法，所述方法包括以下步驟:在氣室中採集待測氣體； 將氣室連接在麥可遜幹涉儀的導軌上；調節麥可遜幹涉儀，產生幹涉條紋；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內壓強逐漸減小；基於幹涉條紋隨氣室裡的壓強變化而變化，由此計算出氣體的折射率。
7.根據權利要求6所述的方法，其中採用以下公式來計算氣體的折射率:^ =+ 其中，N為幹涉條紋「湧現」或「吞進」的個數，λ為待測氣體的波長，L為氣室有效長度，P0為室溫下常壓，Λ P為氣室壓強的變化量。
【文檔編號】G01N21/45GK103558185SQ201310504665
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】李偉, 王啟銀, 臧天權, 趙銳, 張堯, 蘇彥軍, 張小龍 申請人:國家電網公司, 山西省電力公司大同供電分公司