一種大量程範圍的折射率測量裝置及方法
2023-05-10 03:57:26 3
一種大量程範圍的折射率測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種折射率測量裝置，包括：單色角點光源照明模塊，用於產生進行測量的兩束光束；參考光路模塊，其中一束作為參考光入射到該參考光路模塊中，經全反射後出射帶有原始光場信息的參考信息光；探測模塊，其與待測物接觸形成介質面，另一束光束作為探測光入射到探測模塊並經介質面反射後出射耦合有待測物質折射率信息的探測信息光；反射光能量收集模塊，分別接收參考信息光和探測信息光，並轉換為電信號；以及圖像處理模塊，其對兩路圖像進行比較，得到相對反射率分布，可提取出待測物質的折射率信息。本發明還公開了一種折射率測量方法。本發明的裝置和方法具有測量範圍大、可普遍適用於氣體、液體以及玻璃材料等物質的折射率測量。
【專利說明】ー種大量程範圍的折射率測量裝置及方法【技術領域】
[0001]本發明屬於光學折射率測量【技術領域】，具體涉及ー種光學折射率測量儀和測量方法，適用於折射率值在1.0-3.0範圍的氣體，液體以及玻璃材料的折射率的測量。
技術背景
[0002]折射率是表徵物質性質的基本物理量，常用於光學、化學、新材料合成、物質鑑別等工程領域和科學研究等領域，其與物質的密度、濃度、溫度以及應力等物理量有夫。折射率的測量相對於其它的物理量的測量更易於實現，測量折射率成為人們獲取其它與物質組成疏密程度相關參數的重要間接方法。
[0003]物質折射率和物體內分子數有很大的關係，通過對物質折射率的分析可以更好的了解物質的組成信息，也可以對物質的物理和化學性質做出定性的分析。
[0004]介質的折射率通常由實驗測定，有多種測量方法。目前，物質折射率的測量方法主要分為波動光學、SPR技術、光纖傳感技術、臨界角法。對氣體介質，常用精密度更高的幹渉法(麥可遜幹涉儀)。對液體介質，常用臨界角法(阿貝折射儀)；對固體介質，常用最小偏向角法或自準直法；氣體折射率採用波動光學中麥可遜幹涉儀進行測量，該方法優點是精度高，但該方法測量範圍較小不能兼顧液體和玻璃等材料，可實現性差、對設備使用環境要求較高不適合エ業場合應用。液體折射率一般可採用SPR技術、光纖傳感技術以及臨界角法進行精確的測量。但是液體的腐蝕性限制了 SPR技術和光纖傳感技術的應用，臨界角法可通過合理選擇玻璃材料實現ー些腐蝕性液體的折射率測量。臨界角法的優點在於測量範圍寬、精度高、易於在線的エ業檢測。阿貝折光計作為可以測量液體和玻璃的儀器是應用最廣泛的，它設備體積小且精度高、抗外界幹擾強，量程為1.3000 - 1.7000，這造成其無法測量一些氣態物質和ー些折射率高於1.7的液體以及折射率較大的玻璃或者晶體材料。
[0005]CN102012359公開了ー種發散型臨界角發測量液體參數的方法。該方法是通過微分法處理反射光斑明暗界限 ，從而實現液體折射率信息的測量。該方法的測量範圍由入射角和稜鏡的折射率決定。當液體折射率大於1.5時，該裝置的反射光斑中不存在明暗界限，從而導致該裝置失效。現有的臨界角折射率測量裝置和方法是通過高折射率的稜鏡來測量低折射的待測物質，這造成測量精度及範圍上無法做到權衡。
[0006]在常溫常壓下，氣體折射率處於[1.0，1.01]，液體折射率處於[1.2，1.7]，玻璃材料折射率處於[1.4,2.5]。由於三者物質所處的折射率區間差別較大，這導致測氣體折射率的裝置無法對液體或者玻璃材料折射率進行有效地測量。在有機化學反應和新物質的合成中，經常需要對反應物和生成物的折射率進行測量來保證化學反應的正常進行。一般情況下，反應物和生成物的所處折射率範圍跨度較大，無法通過現有的単一的折射率測量裝置來完成測量。在雷射生命科學領域，往往需要通過生物組織的折射率來對組織的生物特性進行定性研究。不同部位的生物組織的折射率值相差較大。這導致有些折射率值超出現有測量裝置的生物組織無法進行測量，限制了生物組織的光學特性的研究。現有的部分測量折射率的方法在結構設計和測量精度及範圍上無法做到權衡，在測量氣體、液體和玻璃等物質上不能兼得。
【發明內容】
[0007]本發明目的在於提出一種折射率測量裝置及方法，可以實現全域範圍內的折射率測量，其以反射型發散臨界角法裝置為基礎，可測量從氣體，液體，生物組織到玻璃材料全域範圍內的折射率測量。
[0008]按照本發明的ー個方面，提供一種普適全域折射率的測量裝置，用於實現從氣體、液體到玻璃材料的全域折射率的測量，其包括:
[0009]単色角點光源照明模塊，其用於產生進行測量的兩束光束；
[0010]參考光路模塊，用於生成參考光，即所述単色角點光源照明模塊產生的其中一束光束作為參考光入射到該參考光路模塊中，經全反射後出射具有原始光場信息的參考信息光;
[0011]探測模塊，其底面與待測物接觸形成介質面，所述單色角點光源照明模塊產生的的另一束光束作為探測光入射到該探測模塊並經其介質面反射後出射耦合有所述待測物質折射率信息的探測信息光；
[0012]反射光能量收集模塊，其用於分別接收所述參考信息光和探測信息光，並各自將其轉換為電信號；以及
[0013]圖像處理模塊，其對轉換為電信號的兩路圖像進行比較，得到相對反射率分布曲線，經處理即可提取出待測物質的折射率信息。
[0014]作為本發明的進ー步優選，所述參考光路模塊優選為三角稜鏡，其底面斜邊上鍍有鋁反射膜，所述參考光在該底面上發生全反射。
[0015]作為本發明的進ー步優選，所述探測模塊優選為三角稜鏡，其底面斜邊與待測物接觸形成介質面，所述探測光入射到該介質面被反射，待測物的折射率信息被調製到反射光中。
[0016]作為本發明的進ー步優選，根據所述反射率分布曲線可獲得相對反射光能量分布，根據該相對反射光能量分布可得到其與待測物折射率關係，從而得到待測物的折射率。
[0017]作為本發明的進ー步優選，在待測物折射率小於閾值折射率值時，所述探測光斑的圖像中存在一條明暗界限，通過微分法即可提取出該界限位置，從而獲得待測物折射率。
[0018]作為本發明的進ー步優選，在待測物折射率大於或者等於閾值折射率時，反射光斑光強分布呈現漸進分布，明暗界限消失，同時光強隨入射角度變化率與待測物折射率存在一一對應關係，可通過反射光斑的傅立葉特徵法提取折射率信息。
[0019]作為本發明的進ー步優選，所述參考光路模塊為底面鍍有鋁反射膜的光學稜鏡，所述探測模塊為與參考光路中尺寸相同的稜鏡，其為與參考光路中尺寸相同的稜鏡，底面上無鍍反射膜。
[0020]按照本發明的另一方面，提供一種普適全域折射率的測量方法，用於實現從氣體、液體到玻璃材料的全域折射率的測量，該方法具體包括如下步驟:
[0021]產生進行測量的兩束光束；
[0022]一束光束作為參考光入射到稜鏡中，經其鍍有鋁反射膜的底面進行全反射，出射的參考信息光含有原始的光場信息；[0023]另一束光束作為探測光入射到探測稜鏡，經其與待測物接觸的底面形成介質面上反射，出射耦合有所述待測物質折射率信息的探測信息光；
[0024]對出射的所述參考信息光和探測信息光進行收集並轉換為電信號，並對兩路電信號進行比較，得到相對反射率分布曲線，經處理即可提取出待測物質的折射率信息。
[0025]作為本發明的進ー步優選，根據所述反射率分布曲線可獲得相對反射光能量分布，根據該相對反射光能量分布可得到其與待測物折射率關係，從而得到待測物的折射率。
[0026]作為本發明的進ー步優選，在待測物折射率小於閾值折射率值時，所述探測光斑的圖像中存在一條明暗界限，通過微分法即可提取出該界限信息，從而獲得待測物折射率。
[0027]作為本發明的進ー步優選，在待測物折射率大於或者等於閾值折射率時，反射光斑光強分布呈現漸進分布，明暗界限消失，同時光強隨入射角度變化率與待測物折射率存在一一對應關係，可通過分析反射光傅立葉特徵點的信息得到待測物質的折射率。
[0028]本發明中，単色角點光源照明模塊包括LED光源、濾光片、透鏡組、耦合器、光纖分配器、多模光纖。LED光源出光經聚焦透鏡聚焦、經過窄帶濾光片濾光後再經聚焦透鏡收光到光纖分配器中，由兩條多模光纖作為光源輸出；
[0029]本發明中，參考光路模塊和探測模塊構成稜鏡探測模塊。參考光路模塊和探測模塊都採用同樣的三角稜鏡。參考光路模塊的稜鏡下底面鍍上ー層鋁反射膜。在測試中探測模塊的稜鏡下底面與所述待測物表面接觸。角點光源照明模塊輸出的兩束光束同時斜入射到兩塊稜鏡的底面上。在參考光路模塊稜鏡的底面上光發射全反射，反射光包含有所有的原始光場的信息；在探測模塊的底面上待測物質折射率信息會耦合到探測系統中，從而使得反射光呈漸進分布。
[0030]本發明中，反射光接收模塊用於探測收集稜鏡底面反射出的光線，並將此收集到的光信號轉換為電信號以輸入到圖像分析模塊中；
[0031]本發明中，圖像分析模塊用於對接受的圖像信息進行處理，將兩幅傳送的圖像相除:在設定的閾值之下，通過分析明暗交界處的信息得到待測物質的折射率；在設定的閾值之上，通過分析反射光傅立葉特徵點的信息得到待測物質的折射率。在反射型發散臨界角法的基礎上，採用微分法和反射光斑傅立葉特徵點法，克服了傳統的反射型發散臨界角法測量裝置和方法量程小、不能普適於各種氣體、液體以及玻璃材料等的弊端，極大擴大了測量量程，可實現物質的普適全域折射率。
[0032]本發明中，所述的圖像分析模塊是由微分法和反射光斑傅立葉特徵法提取反射光斑中折射率信息。微分法是通過比較反射光光強的差異來判斷臨界角的，這使得它具備抗幹擾強的優點。反射光斑傅立葉特徵法是ー種基於反射光斑能量分布隨入射角度變化的特徵點提取算法。該算法將空間傅立葉頻譜特徵點與待測物折射率值進行一一對應，具有較高的精度和穩定性。根據菲涅爾反射原理，當待測物折射率小於閾值折射率值時，CMOS圖像傳感器拍攝到的光斑的圖像中存在一條明暗界限，折射率越高，界限越往右側移動，並且折射率的増加量與界限的位移量呈線性關係，同時界限的位置可以通過微分法來進行提取；當待測物折射率大於或者等於閾值折射率時，反射光斑光強分布呈現漸進分布，明暗界限消失，同時光強隨入射角度變化率與待測物折射率存在一一對應關係，可通過反射光斑傅立葉特徵法提取折射率信息。
[0033]本發明中，角點光源發出的一束光線，照射在稜鏡的測量面上。依據斯涅耳(Snell)原理，光線從光密介質折射入光疏介質時，折射角大於入射角，且折射角隨入射角的增大而増大，當入射角増大到一定值時，折射角將增大為90度。光束中部分光線將全反射，光束中另外一部分光線的能量將部分反射部分透射。當光線從光疏介質折射入光密介質時，反射光能量遵循菲涅爾反射模型，隨著入射角増加，反射光斑光強呈現漸進分布。在光學探測系統中，入射角的範圍受限於光路設計和機械封裝，稜鏡的材料受限於待測物質酸鹼性。當待測物質折射率值在空氣和Snell定律規定折射率值之間時，入射角大於或者等於臨界角時，入射光線不發生透射，；當入射角小於臨界角時，入射光線發生透射，反射光能量降低，從而得到由暗區和亮區構成的明暗界限，臨界角0 c將隨著待測物質折射率的變化而變化。當待測物質折射率值大於或者等於Snell定律規定折射率值時，入射光束不發生全反射，而是發生部分反射，同時其光強分布與入射角由菲涅爾反射模型決定，反射光斑的傅立葉特徵點隨待測物折射率的變化而變化。
[0034]總體而言，本發明對小於閾值折射率值，採用全反射臨界角法進行測量，對於大於或者等於閾值折射率值，採用反射光斑傅立葉特徵法進行測量。本發明的裝置和方法測量物質折射率具有測量範圍大、可普遍適用於氣體、液體以及玻璃材料等物質的折射率測量、精度高、維護簡單、實現容易、抗幹擾能力強、受測量環境影響小等優點。具體表現在:
[0035](I)採用了 LED光源做作為角點光源，可以使得輸出的光場均勻，同時也不會產生幹渉，使得提高了反射光斑的質量。
[0036](2)採用了參考光路模塊作為參考光，通過測量模塊的信息光和參考光進行比較，可以將裝置的折射率下限達到1.0。
[0037](3)採用了傅立葉特徵點法和微分法對反射光斑能量進行處理。傅立葉特徵點法可以通過漸進的反射能量分布提取折射率信息，從而提高了測量裝置的上限折射率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明實施例的一種普適用全域折射率在線測量儀。
[0039]圖2是本發明實施例中待測折射率小於閾值折射率和大於閾值折射率的反射光斑圖。
[0040]圖3是本發明實施例中理想情況下反射光能量分布曲線。
[0041]圖4為兩個CCD上得到的參考光能量分布光斑和探測光能量分布光斑。
[0042]圖5是本發明實施例的折射率測量儀測量SF-6玻璃材料折射率，相對反射光能量分布曲線。
[0043]在所有附圖中，相同的附圖標記代表同樣的技術特徵，其中，1-光源照明模塊，2-探測模塊，3-參考光路模塊，4-反射光能量收集模塊，5-圖像處理模塊，LI和L2為透鏡，Cl 和 C2 為 CCD。
【具體實施方式】
[0044]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進ー步詳細說明。此處說明若涉及到具體實例時僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明。
[0045]如圖1，本實施例的普適全域折射率測量裝置包括単色角點光源照明模塊1、探測模塊2、參考光路模塊3、反射光能量收集模塊4和圖像處理模塊5。[0046]単色角點光源照明模塊I優選是由綠光LED，光束準直器，光學窄帶濾光片，耦合透鏡和多模光纖構成。該角點光源光源照明模塊可以輸出兩束均勻、波長範圍窄的近似理想光源。
[0047]參考光路模塊3是ー個底面斜邊鍍有鋁反射膜SI的三角稜鏡Pl。參考光在該稜鏡Pl的斜面SI上發生全反射，通過反射光能量收集模塊4的透鏡LI將反射光會聚在CCD的像面上。
[0048]探測光路模塊2優選採用三角稜鏡P2，在測量時P2的底面斜邊與待測物接觸，待測物在三角稜鏡的Pl底面斜邊上形成介質面S2。當入射光束照射在介質面S2上，待測物的折射率信息被調製到反射光中，再通過反射光收集模塊4將反射光會聚在CCD的像面上。
[0049]圖像處理模塊5用於處理兩束反射光能量信息，該模塊可通過微分法和傅立葉特徵點法提取反射光的折射率信息。當待測物折射率小於閾值折射率吋，反射光存在一條與待測物折射率相對應的明暗界限。當待測物折射率大於閾值折射率吋，反射光顯現漸進分布，沒有明暗界限。圖像處理模塊5中可通過基於上述兩種算法實現折射率信息的提取。
[0050]物質的折射率信息通過待測物質與測量儀的探測模塊2的三角稜鏡P2的底面形成的反射面S2調製到探測光路中。角點光源照明模塊I產生兩個相同的光束，其中ー個光束入射到參考光路模塊3並在三角稜鏡Pl鍍有鋁全反射膜的底部SI發生反射形成參考光。參考光通過反射光能量收集模塊4的透鏡LI聚焦到Cl的像面上。剩下ー個光束入射到探測模塊2並在三角稜鏡P2底面與待測物構成的反射面S2上發生反射形成信息光。信息光通過反射光能量收集模塊4的透鏡L2聚焦到C2的像面上。Cl和C2將接收的光信號轉換成電信號輸入到圖像處理模塊5中。由圖像處理模塊5得到反射光斑圖像中信息光與參考光相除後的相對反射光能量分布特性，並得到相對反射光能量分布的傅立葉特徵點與待測物折射率的關係式，繼而可以獲得待測物的折射率。
[0051]本實施例中可優選通過微分法和傅立葉特徵法對反射光的折射率信息進行提取。傅立葉特徵法是通過比較反射光光強的差異來提取折射率信息，這使得它具備抗幹擾強的優點。微分法和傅立葉特徵法是針對不同的光強分布，可以通過選取0.9*nglass*sin 0 _作為閾值折射率對兩種算法進行匹配，nglass為探測稜鏡的折射率，0 _為探測系統在稜鏡底面上最大的入射角。根據菲涅爾反射原理，當待測物折射率小於閾值折射率值時，CCD圖像傳感器拍攝到的光斑的圖像中存在一條明暗界限，折射率越高，界限越往右側移動，並且折射率的増加量與界限的位移量呈線性關係，同時界限的位置可以通過微分法來進行提取。當待測物折射率大於或者等於閾值折射率吋，反射光斑光強分布呈現漸進分布，明暗界限消失，同時光強隨入射角度變化率與待測物折射率存在一一對應關係，可通過反射光斑的傅立葉特徵點提取折射率信息。
[0052]本實施例中具體圖像處理過程如下:
[0053]a)劃取區域，在CCD所拍圖像中的光斑上，光斑在待測物折射率小於閾值折射率吋，圖像中存在一條明暗界限；當待測物大於或者等於閾值折射率吋，圖像中光強度呈漸進分布。為了保證測量範圍和測量精度，在圓形光斑區域中首先適當地劃出ー個矩形區域，並對矩形區域的數據進行計算和處理。
[0054](b)按行疊加並且平均，針對所選取的長方形區域，把每一行的數據疊加起來，最終得到一行疊加並且平均後的數據。這種按行疊加的方法可以增加系統的抗幹擾性能。[0055](c)相對反射率分布提取，將探測模塊得到的一行數據與參考光路模塊得到的一行數據相除，得到相對反射率分布數據；
[0056](d)折射率特徵信息提取
[0057]本實施例中採用微分法和反射光斑傅立葉特徵法，將反射光斑信息與折射率信息一一對應。如果小於閾值，採用微分法通過反射光斑圖像分析臨界點位置來測量折射率。如果大於閾值，採用反射光斑傅立葉特徵法通過將反射圖像傅立葉特徵點來測量折射率。
[0058]反射率曲線是關於入射光角度的函數，當入射光角度不變時，反射率曲線隨著待測物的折射率增加變得越平滑。反射率曲線的平滑程度與待測物質的折射率呈現著一一對應的關係。傅立葉特徵點法是將反射率曲線進行傅立葉變化，通過反射率的傅立葉功率譜分析。傅立葉功率譜是在空間頻率上分析反射率曲線每個頻率的信息。通過仿真和實驗，待測物質的折射率是與其反射率傅立葉的功率譜的最大值相關。傅立葉特徵點法可以從漸變的反射率曲線中提取折射率信息，從而從算法上提高系統的上限折射率。該圖像識別技術具有精度高，抗幹擾能力強的特點。在惡劣的環境中也能準確地測量待測物折射率。
[0059]本發明的測量儀可以對常壓下的氣體進行折射率測量，當然也可以對各種酸鹼性的液體或常壓下的各種玻璃材料的折射率進行在線的測量。
[0060]本發明實施例的一種普適全域折射率測量的方法，包括:
[0061](I)利用光源產生兩束同樣的用於測量的LED単色角點光束；
[0062](2)將單色的角點光斜入射在參考光路模塊和探測模塊的稜鏡底面上。入射光在參考光路模塊稜鏡的底面與鋁全反射膜構成的界面上發生全反射，形成包含有原始的光場能量分布的參考光；入射光在探測模塊稜鏡的底面與待測物質構成界面上發生反射，形成包含有折射率信息的信息光；
[0063](3)收集經參考模塊和探測模塊的反射面反射的光線，並對收集的光斑圖像進行處理，提取反射光斑中的待測物折射率信息。
[0064]光源發出的一束光線，照射在稜鏡的測量面上。依據斯涅耳(Snell)原理，光線從光密介質折射入光疏介質時，折射角大於入射角，且折射角隨入射角的增大而増大，當入射角増大到一定值時，折射角將增大為90度。光束中部分光線將全反射，光束中另外一部分光線的能量將部分反射部分透射。當光線從光疏介質折射入光密介質時，反射光能量遵循菲涅爾反射模型，隨著入射角増加，反射光斑光強呈現漸進分布。在光學探測系統中，入射角的範圍受限於光路設計和機械封裝，稜鏡的材料受限於待測物質酸鹼性。當待測物質折射率值在空氣和Snell定律規定折射率值之間時,入射角大於或者等於臨界角時,入射光線不發生透射；當入射角小於臨界角時，入射光線發生透射，反射光能量降低，從而得到由暗區和亮區構成的明暗界限，臨界角0 c將隨著n2的變化而變化。當待測物質折射率值大於或者等於Snell定律規定折射率值時，入射光束不發生全反射，而是發生部分反射，同時其光強分布與入射角由菲涅爾反射模型決定，反射光斑的傅立葉特徵點隨n2的變化而變化。
[0065]本發明的物理模型由Snell定律、菲涅爾反射定律、全反射原理以及傅立葉頻譜特性決定，折射率儀測量範圍可達到1.0到3.0甚至更高。系統閾值折射率可以ー下公式評定，
[0066]nx = ngsin 0。公式中，nx為待測物質折射率，ng為玻璃折射率，0。為系統最大入射角。根據界面上光線的入射角範圍確定和測量原理的公式，當待測物折射率值小於系統閾值折射率時，可通過全反射法中臨界角的位置與折射率信息相對應；當待測物折射率大於或者等於系統閾值折射率時，可通過反射光斑的傅立葉特徵點與折射率信息相對應。本探測系統通過改變最小入射角使得系統下限折射率達到1，從而實現對氣體折射率進行測量。在不影響系統精度和穩定性的前提下，本探測系統通過全反射和部分反射光能量分析可以使得系統上限折射率達到3.0以上，從而實現全域折射率測量。
[0067]例如，利用本發明的測量裝置或方法在室溫時對蒸餾水、無水こ醇、純苯溶液進行測量並與阿貝折射率儀進行比較，測量方法如下:先將上述溶液，利用阿貝折射率儀進行測量，再將液體分別滴在已經定標的發明某型樣機的測量模塊的探測面上。通過PC中圖像採集和分析程序得到各溶液的折射率。將溶液折射率與阿貝折射率測量值進行比較，並計算出相對誤差。表I為本折射率儀測量各種標準液體折射率值與阿貝折射儀比較。
【權利要求】
1.一種折射率測量裝置，可實現從氣體、液體到玻璃材料的全域範圍內折射率的測量，其特徵在於，包括: 単色角點光源照明模塊(1)，其用於產生進行測量的兩束光束； 參考光路模塊(3)，其用於生成參考光，即所述単色角點光源照明模塊(I)產生的兩束光束中的其中一束作為參考光入射到該參考光路模塊(3)中，經全反射後出射帶有原始光場信息的參考信息光； 探測模塊(2)，其與待測物接觸形成介質面(S2)，所述單色角點光源照明模塊(I)產生的另一束光束作為探測光入射到該探測模塊(2)並經該介質面(S2)反射後出射耦合有所述待測物質折射率信息的探測信息光； 反射光能量收集模塊(4)，其用於分別接收所述參考信息光和探測信息光，並各自將其轉換為電信號；以及 圖像處理模塊(5)，其對轉換為電信號的兩路圖像進行比較，得到相對反射率分布，經處理即可提取出待測物質的折射率信息。
2.根據權利要求1所述的ー種折射率測量裝置，其特徵在於，所述參考光路模塊(3)優選為三角稜鏡(Pl )，其 底面斜邊上鍍有鋁反射膜形成反射面(SI )，所述參考光在該反射面(51)上發生全反射。
3.根據權利要求1或2所述的ー種折射率測量裝置，其特徵在於，所述探測模塊優選為三角稜鏡(P2)，其底面斜邊與待測物接觸形成介質面(S2)，所述探測光入射到該介質面(52)被反射，待測物的折射率信息被調製到反射光中。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的一種折射率測量裝置，其特徵在於，根據所述反射率分布曲線可獲得相對反射光能量分布，根據該相對反射光能量分布可得到其與待測物折射率關係，從而即可得到待測物的折射率。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的一種折射率測量裝置，其特徵在於，在待測物折射率小於閾值折射率值時，所述探測光斑圖像中存在一條明暗界限，通過微分法即可提取出該界限位置，從而獲得待測物折射率。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一種折射率測量裝置，其特徵在於，在待測物折射率大於或者等於閾值折射率時，通過反射光斑傅立葉特徵法提取折射率信息。
7.一種折射率測量方法,可實現從氣體、液體到玻璃材料的全域範圍內折射率的測量，其特徵在於，該方法具體包括如下步驟: 產生進行測量的兩束光束； 一束光束作為參考光入射到ー稜鏡中，經其鍍有鋁反射膜的底面進行全反射，出射具有原始光場信息的參考信息光； 另一束光束作為探測光入射到另ー稜鏡，經其與待測物接觸的底面形成介質面上反射，出射耦合有所述待測物質折射率信息的探測信息光； 對出射的所述參考信息光和探測信息光進行收集並轉換為電信號，並對兩路電信號進行比較，得到相對反射率分布曲線，經處理即可提取出待測物質的折射率信息。
8.根據權利要求7所述的ー種折射率測量方法，其特徵在於，根據所述反射率分布曲線可獲得相對反射光能量分布，根據該相對反射光能量分布可得到其與待測物折射率關係，從而得到待測物的折射率。
9.根據權利要求7或8所述的ー種折射率測量方法，其特徵在於，在待測物折射率小於閾值折射率值時，所述光斑的圖像中存在一條明暗界限，通過微分法即可提取出該界限信息，從而獲得待測物折射率。
10.根據權利要求7-9中任一項所述的一種折射率測量方法，其特徵在於，在待測物折射率大於或者等於閾值折射率時，通過分析反射光傅立葉特徵點的信息得到待測物質的折射率。
【文檔編號】G01N21/43GK103454247SQ201310375467
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】楊克成, 葉駿偉, 夏珉, 李微, 郭文軍, 劉昊, 阮叢喆 申請人:華中科技大學