[发明专利]一种测量透明液体浓度的仪器和方法

说明书

一种测量透明液体浓度的仪器和方法，所述测量透明液体浓度的仪器，包含一个波长为λ的激光器和一个近红外光激光器；沿着波长为λ的激光传播方向依次设有光学元件组I、第一透镜、倍频晶体、第二透镜、反射镜、分束镜、第三透镜、样品台、沃拉斯顿棱镜和两个成像屏；所述反射镜使波长为λ的激光光路偏离原直线方向，通过所述分束镜，与近红外光激光器发出的激光，汇合成一路。本发明还包括测量透明液体浓度的方法。本发明仪器便宜、便携，可直接观察衍射环环数，测量透明液体浓度；还可在不开封透明液体的前提下对透明液体浓度进行测量，使得测量更为简便。

技术领域

本发明涉及一种测量浓度的仪器和方法，具体涉及一种测量液体浓度的仪器和方法。

背景技术

透明液体，以酒精为例，其对可见光的吸收值较低，无法通过肉眼分辨浓度，故测量其浓度的方法一直是人们研究的热点。2007年，李嘉等人在计量技术上报道了用近红外技术测定酒精水溶液的方法，在这篇文章中，通过分析其在900 – 2500 nm的近红外波段的吸收，根据模型可预测酒精浓度。之后在2014年，黄佐华等人通过采用全反射的方法测量了不同体积分数的酒精溶液的折射率，以此得到了溶液折射率和体积分数之间的关系，并得出了通过测定溶液折射率预测酒精溶液浓度的方法。随后，在2018年，Haowei Chen等人研究酒精的热致非线性光学性质和激光功率、酒精浓度和位置的关系。但由于这些方法的复杂性，需找寻一种新的测量方法以更直观地表征透明液体的浓度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种测量透明液体浓度的仪器和方法，检测方法简单高效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种测量透明液体浓度的仪器，包含一个波长为λ的激光器和一个近红外光激光器；沿着波长为λ的激光传播方向依次设有光学元件组I、第一透镜、倍频晶体、第二透镜、反射镜、分束镜、第三透镜、样品台、沃拉斯顿棱镜和两个成像屏；

所述反射镜使波长为λ的激光光路偏离原直线方向，通过所述分束镜，与近红外光激光器发出的激光，汇合成一路；

波长为λ的激光器射出的激光经过光学元件组I后转为偏振方向和倍频晶体适配的线偏振光。

倍频晶体，又称BBO，一种非线性负单轴晶体，其在400 nm至3500 nm之间均可实现相位匹配，完成倍频，使得输出激光波长减半。通过将其应用于光路之中，可将经过倍频晶体之后的部分激光的波长降为了λ/2，并且偏振方向旋转90度（残余的波长λ的激光的偏振方向保持不变），经过分束镜整合，三个波长的激光在经透镜聚焦之后共同照射到了样品内部，进而形成衍射环图案，而在经沃拉斯顿棱镜分离之后，其衍射环图案分别呈现在左右两个不同成像屏上，可直接观察到红外光激发的相位调制现象。由于不同浓度的透明液体产生的衍射环数量不一样，故可通过此方法在不接触透明液体的条件下直接测得其浓度。

沃拉斯顿棱镜，由两个光轴互相垂直的直角棱镜组成，由于第二棱镜的光轴与第一棱镜相垂直，激光在穿透两棱镜的分界面后会完成o光和e光之间的转换，进而使得两偏振方向相互垂直的光束按一定的角度分开传播，达到按激光波长分光的目的。

交叉相位调制是由于非线性介质中的一束光与另一束光的相互作用导致的该光的相位变化。本发明测量透明液体浓度的仪器通过近红外激光和λ波长与倍频后λ/2波长的激光在透明液体中的交叉相位调制效应检测透明液体浓度。通过在BBO前面加上偏振片和1/2波片，改变λ波长激光的偏振方向使其与BBO适配，BBO出射光的偏振方向可正好沿水平和竖直方向，通过调整光学元件组I、BBO及沃拉斯顿棱镜之间角度关系，可在沃拉斯顿棱镜之后观察到λ和λ/2两个波长的衍射环图像。λ和λ/2两个波长的衍射环图像分别成像在两个成像屏上，λ/2波长激光波长更短，其衍射环数量更多（λ波衍射环的两倍），分辨透明液体浓度的分辨率更高，一般统一统计λ/2波长激光的成像；如果选择统一统计λ波长激光的成像也是可行的，或者同时统计两个波长激光的成像，以便提高精确度。