[发明专利]一种微量液体折射率的测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体折射率的测量技术，更具体地说是涉及一种微量液体折射率的测量系统及测量方法。

背景技术

折射率是液体在工农业生产和科学研究中一项重要的计量参数，它是保证产品质量和提高产品产量的重要技术手段。对液体折射率的测量与控制在环境监测、食品质量、制药、疾病诊断等行业中有着广泛的应用。折射率是表征光透明物质光学性质的基本物理量之一，在各种光透明物质中，诸如密度、浓度、温度、应力等物理量的变化，均会引起折射率的相应变化。因此，对折射率的测量方法研究具有重要的实际意义。目前微量液体折射率测量技术系统主要有法布里珀罗干涉测量法，光束偏转法，条纹照相法，光纤波导效应方法，全息探测法以及后向散射干涉法。早在1982年Steven D.Woodruff用细胞流放置在法布里珀罗干涉计里，光以布鲁斯特角入射到细胞流。经过法布里珀罗干涉仪后，干涉信号由光电倍增管探测，然后由记录仪记录信号。这种方法因为需要将待测液体置于法布里珀罗干涉仪里，并且需要严格的角度对准，造成了装置的调节操作困难且不便。为了提高探测灵敏度以及不受光入射角度等的严格限制，Steven D.Woodruff等用双探测的方法来改进，激光通过光学平板玻璃分成两束光，均通过内置细胞流的法布里珀罗干涉仪后分别由两个光电器探测。但是这种方法需要两个探测器，造成系统复杂，结构庞大，成本增加。Janusz等采用渥拉斯顿棱镜将波长633nm激光光源分成两束光，光束通过样品后由光电探测器探测，通过光束经过样品后的偏转来计算样品折射率。探测光的偏转受到环境扰动的影响比较大，造成结果的偏差。光纤波导效应方法是利用光纤传感法的光纤波导效应来测液体折射率的。折射率的改变会引起螺旋形波导的弯曲损失，弯曲损失随着弯曲的半径或者说有效折射率差下降而增加。螺旋形的单模光纤波导在传播方向波导的曲率半径R减少，有效折射率差在传播方向损耗会逐渐地增加，在某一点，光在螺旋形波导中损耗至零。传感器原理就是基于由折射率差增加引起的损耗至零的这个点的移动。光在螺旋形波导传播的长度直接测量折射率差。这种方法需要光波导在液体中，对液体的限制比较大，只能对特定的液体。全息探测法是全息光学元件产生参考和探测光束。光束像扇子一样传输，在远场干涉产生等间隔的条纹，折射率的改变产生条纹的移动。远场干涉的条件造成系统的结构庞大。Bornhop小组发展了后向散射干涉测量法，激光照射一部分通道，用位置敏感传感器或CCD探测条纹的移动，但后向散射法杂散光干扰造成对干涉信号探测灵敏度的下降。

纵上所述，如何获得简便高精度的小型化可便携微量液体折射率测量系统是一大技术难点。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种微量液体折射率的测量系统及测量方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种微量液体折射率的测量系统，包括：

激光光源，采用He-Ne激光光源；

望远镜，设于激光光源的前方，所述望远镜包括平行设置的第一凸透镜以及第二凸透镜，所述激光光源沿主光轴穿过第一凸透镜以及第二凸透镜；所述第一凸透镜的后焦点以及第二凸透镜的前焦点重合；

第一光学平板玻璃，设于望远镜的后方，第一光学平板玻璃的第一个面镀膜为40％，第二个面镀膜为100％；穿过望远镜的激光以45°角入射到第一光学平板玻璃，经过第一光学平板玻璃的第一个面产生一路反射光，经过第一光学平板玻璃的第二个面和第一个面产生一路折射光；

微流控芯片，包括盛放待测微量液体的微流体通道，所述反射光以及折射光经第一光学平板玻璃后相互平行；所述反射光以及折射光中的任一路穿过微流体通道，另一路直接穿过微流控芯片；

第二个光学平板玻璃，与所述第一光学平板玻璃相平行；第二光学平板玻璃的第一个面镀膜为40％，第二个面镀膜为100％；穿过微流控芯片的反射光进入第二个光学平板玻璃，折射光由第二个光学平板玻璃的第一个面反射，两光束通过第二个光学平板玻璃后会聚在一起并发生干涉，形成干涉光信号；

CCD探测器，用于探测干涉光信号；

其中，第一凸透镜的焦距与第二凸透镜的焦距之比和激光光源的光斑直径与经过望远镜的激光的光斑直径之比相等；经过望远镜的激光的光斑直径小于微流体通道的宽度。

所述微流体通道的宽度为250μm。

所述第一光学平板玻璃以及第二个光学平板玻璃的厚度均为1mm。

所述微流体通道的高度在100μm以上。