液体折射率原位传感器的制作方法

1.本发明涉及液体折射率传感器技术领域，具体涉及一种液体折射率原位传感器。


背景技术：

2.折射率是表征透明介质光学特性的重要物理量。折射率可用于了解透明液体的光学性质、浓度、组成和分散性。因此，准确测量材料的折射率在工程和理论研究中都具有重要意义。
3.目前，现有的折射率测量方法，除了使用经验公式估算折射率以外，还包括其他折射率测量方案，包括光学折射率、光学全反射和光纤光栅、表面等离子体共振、干涉测量、阿贝折射率法、二维光子晶体等。其中，光折射法在抗电磁干扰、较高的灵敏度和较小的感测单元方面表现出优异的性能。
4.通过测量穿过透明液体的光的偏转角来计算被测液体的折射率是一种常见的折射率测量方案。基于光电位置传感器psd来测量小偏转角，分辨率较低，很难将测量分辨率提高到10
‑7以上量级，不能满足测量需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种对液体的折射率进行实时检测的基于v型槽的液体折射率原位传感器，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
7.本发明提供的一种液体折射率原位传感器，包括：
8.棱镜，所述棱镜上设有v型槽，所述v型槽用于容纳待测液体；
9.激光器，用于发射激光信号，并入射棱镜，激光信号通过v型槽内的待测液体发生折射；
10.fp腔，用于接收经v型槽内的待测液体折射后的激光信号；
11.光强检测装置，用于检测由fp腔出射的激光信号的光强度，并发送给控制器；
12.控制器，用于根据光强度计算待测液体的折射率。
13.优选的，还包括有准直器，所述激光器发射的激光信号通过准直器的准直后入射所述棱镜。
14.优选的，所述激光器、所述fp腔、所述光强检测装置、所述控制器以及所述准直器均设于封装壳内。
15.优选的，所述封装壳的激光信号出射端设置所述棱镜，激光信号由封装壳上激光信号出射端的出射口入射所述棱镜。
16.优选的，所述封装壳的激光信号出射端还设有入射口，由棱镜反射的激光信号由入射口入射封装壳内的fp腔。
17.优选的，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设于所述fp腔和所述光强检测装置之间。
18.优选的，所述光强检测装置为光功率计或cmos相机。
19.本发明有益效果：通过光功率计或者cmos相机检测到fp腔的出射光强的变化就可以得到液体折射率的变化量，检测准确，分辨率高，从而可计算出检测液体的温度、盐度变化。
20.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例所述的液体折射率原位传感器功能原理框图。
23.其中：1
‑
棱镜；2
‑
v型槽；3
‑
待测液体；4
‑
激光器；5
‑
fp腔；6
‑
光强检测装置；7
‑
控制器；8
‑
准直器；9
‑
封装壳；10
‑
聚焦透镜。
具体实施方式
24.下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
25.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
26.还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
27.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
28.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且
具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
31.本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
32.实施例
33.如图1所示，本发明实施例提供一种液体折射率原位传感器，包括：
34.棱镜1，所述棱镜1上设有v型槽2，所述v型槽2用于容纳待测液体3。v型槽2的底角可以为90度或60度或45度，或其他角度，v型槽2的两个面的边长可以相同也可以不同。
35.本领域技术人员可根据具体情况选择合适的v型槽2的底角的角度以及两个边的长度。
36.激光器4，用于发射激光信号，并入射棱镜1，激光信号通过v型槽2内的待测液体3发生折射。激光器4可以为固体激光器或者半导体激光器等，激光器4的工作波长为532nm或其他可见光波段。
37.fp腔5，即fabry
‑
p
é
rot cavity,法布里
‑
佩罗腔，用于接收经v型槽2内的待测液体3折射后的激光信号。
38.光强检测装置6，用于检测由fp腔5出射的激光信号的光强度，并发送给控制器7；控制器7，用于根据光强度计算待测液体3的折射率。控制器7可以对激光器进行控制也可以对光功率计或cmos相机搜集到的光强进行处理。
39.还包括有准直器8，所述激光器4发射的激光信号通过准直器8的准直后入射所述棱镜1。所述激光器4、所述fp腔5、所述光强检测装置6、所述控制器7以及所述准直器8均设于封装壳9内。所述封装壳9的激光信号出射端设置所述棱镜1，激光信号由封装壳9上激光信号出射端的出射口入射所述棱镜1。
40.所述封装壳9的激光信号出射端还设有入射口，由棱镜1反射的激光信号由入射口入射封装壳9内的fp腔5。
41.还包括聚焦透镜10，所述聚焦透镜10设于所述fp腔5和所述光强检测装置6之间。所述光强检测装置6为光功率计或cmos相机。
42.通过光功率计或者cmos相机检测到fp腔的出射光强的变化就可以得到液体折射率的变化量，检测准确，分辨率高，从而可计算出检测液体的温度、盐度变化。
43.实施例2
44.本发明实施例2提供的体折射率原位传感器，v型槽2的底角为90度，v型槽2的每一个边为4厘米，fp腔5腔长为1厘米，激光器4发出的光经过准直透镜结构后变成准直光束，准直光束以60度角入射到v型槽2，经过v型槽2中的待测液体3后发生折射，折射的光线经过反射后到达fp腔5，经过fp腔5的透射光经过聚焦透镜汇聚后照射到光功率计或者cmos相机上，均匀照射到cmos相机的光敏面上的激光在每个cmos相机的像素上，累加每个cmos相机的像素灰度值，通过累加的像素灰度值计算光强，光功率计或cmos相机将检测到的光强输入到控制器中，经过控制器计算得到液体折射率。
45.具体的如下：
46.激光器发出的光以β角照射到v型槽，根据折射定律，折射角γ大小为：
47.48.经过v型槽2的第二个面折射后的角为ω，入射角β与折射角ω的关系为：
[0049][0050]
其中，n1为棱镜的折射率，n2为待测液体的折射率，θ为v型槽底角。
[0051]
待测液体折射率的变化会导致入射到fp腔5的入射角发生改变，从而导致fp腔5的出射光强发生改变，出射光的光强与液体折射率改变量的大小关系为：
[0052][0053]
其中，δi
t
为fp腔的出射光的改变量，δn2为液体的折射率的变化量，δ为fp腔的出射相邻的光线的光程差，r为fp腔的反射率，n为fp腔内的折射率，h为fp腔的腔长，θ为v型槽底角，i0表示激光入射到fp之前的光强度，λ表示激光的波长。
[0054]
通过上述光功率计或者cmos相机检测到fp腔的出射光强的变化就可以得到待测液体折射率的变化量。
[0055]
以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0056]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。