[发明专利]一种ATR全反射棱镜

说明书

本发明提供一种ATR全反射棱镜，包括一体成型的上层和下层，上层和下层表面覆设有光学镀膜，设有检测窗口，检测窗口外侧设有被测物，底面边缘均匀设有第一导光孔、第二导光孔和第三导光孔，使用多次反射的光学系统利用光纤射出光线，光线从第一导光孔入射，在上层和下层表面上反射n次与被测物相作用，最后出射；单束光线经过被测物的检测面一次的反射次数n满足如下方程：n＝D/(2h*tg(2θ))，当上述单束光线经过被测物的检测面一次后未到达第二导光孔和第三导光孔出射，则经过光学镀膜反射再次发生全反射，反射次数为N；单束光线在棱镜中的反射总次数满足大于等于N*n，具有结构简单、设计合理、操作方便、检测精度高和效果好的优点。

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，具体涉及一种ATR全反射棱镜。

背景技术

在酿造、发酵、饮料、食用油等食品、饮品的自动化生产过程中需要对产品中的一种或多种特定物质组份的浓度或含量进行实时快速在线监测。光谱分析技术以其快速、无损、简便、精确优点，在国外已应用于果酒、啤酒、葡萄酒、饮料、牛奶等食品饮料的在线监测中。国内在线光谱分析技术目前还处于研究阶段，市场上类似产品较少，且多用于实验室分析。利用光谱分析技术研制小型化的糖类、乙醇、酸、酯、醛酮等在线监测仪表将会在国内食品、饮品生产过程中的在线监控中得到广范应用。

专利一种用于油品检测的太赫兹频段受抑全内反射传感器棱镜(公开(公告)号CN106980147A)，公开了一种用于油品检测的太赫兹频段受抑全内反射传感器棱镜，所述太赫兹频段受抑全内反射传感器棱镜包括：电阻率在10kΩ·cm上的高阻硅作为传感器材料的选择：使用多次反射的光学系统，棱镜外形为等腰梯形，太赫兹波从一侧表面入射，在棱镜上下表面反射若干次与油品相作用，最后从另一侧表面出射；传感器在与油品接触的界面的入射临界角需要大于27.89°；棱镜的尺寸设计需满足方程；且该棱镜还需满足根据几何关系增加的约束条件。本发明使油品在太赫兹频段的受抑全内反射光谱检测得以实现，并提高检测效率，但是本发明中传感器棱镜为等腰梯形，波从一侧射入，仅能在棱镜上下表面反射，反射次数小，棱镜利用率低、检测效果和检测精度较为一般。

因此需要一种结构简单、设计合理、操作方便、检测精度高和效果好的ATR全反射棱镜。

发明内容

本发明的目的是提供一种ATR全反射棱镜，以解决现有棱镜利用率低，检测效果和检测精度不理想等问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种ATR全反射棱镜，包括一体成型的上层和下层，所述上层和所述下层表面覆设有光学镀膜，所述上层呈圆台状，所述圆台状的顶部设有检测窗口，所述检测窗口外侧设有被测物，所述下层为圆柱，所述圆柱底面边缘均匀设有第一导光孔、第二导光孔和第三导光孔，所述第二导光孔和第三导光孔分别与第一导光孔形成的圆心角小于180°，

使用多次反射的光学系统利用光纤射出光线，光线从所述第一导光孔入射，在所述上层和所述下层表面上反射n次与被测物相作用，最后从所述第二导光孔和所述第三导光孔出射；

单束光线经过被测物的检测面一次的反射次数n满足如下方程：n＝D/(2h*tg(2θ))，

式中：D为所述检测窗口的直径；h为所述棱镜厚度；θ为检测窗口同所述上层侧壁的夹角；

光线和所述被测物的入射临界角α需要大于等于58°；所述被测物折射率不大于1.5；夹角θ大于等于151°小于等于154°；

光线在检测窗口处发生全反射满足如下公式：sinα＝1.5/1.77＝0.8474；

夹角θ需要满足如下公式：θ＝180-(α/2)；

当上述单束光线经过被测物的检测面一次后未到达所述第二导光孔和所述第三导光孔出射，则经过所述光学镀膜反射再次发生全反射，反射次数为N；