-
如今，测量液体折射率的方法有很多种。根据测量的原理,大致可以分为以下三类：几何光学法、波动光学法、光纤传感法[1]。
- 上一篇：大数据国内外发展研究现状
- 下一篇：数字集成电路发展研究现状与趋势
几何光学法的测量原理是利用折射定律、反射定律并通过测量有关的角度来求出待测液体的折射率。其方法主要有：临界角法、成像法、分光仪法、阿贝折射仪法等。在平时的生活中，用简单的道具就可以直接进行测量液体的折射率，比如用烧杯和直尺就可以测量水的折射率，原理是利用水面反射成像和水的折射成像[2]。还可以借助分光计用全反射原理测量液体折射率。分光计是一种测量角度的精密仪器，其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜，成像在望远镜的焦平面上，通过目镜观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。用分光计测量液体折射率比较精确，能多次重复测量，每次测量需要的待测液体比较少，操作也比较简单方便[3]。但是由于分光计的精度很高，因此对待测液体的要求也要很高，它需要将样品加工成三棱镜，还需要对所加工成的三棱镜顶角及其中两个平面的平面度有很高精度的要求，这样就增加了测量的成本。阿贝折射测量透明液体折射率是基于全反射原理的掠入射法，由于设计上的各种原因，阿贝折射仪法很受到很多限制，比如由于仪器中折射棱镜自身有折射率和顶角的限制，而不能测量很大或很小折射率的物质，测量范围有限制[4]。23523
波动光学法又分为干涉法和偏振法。当两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布，这种现象叫做光的干涉。干涉法的测量原理是通过光的干涉现象来实现的。当入射光通过介质之后,就会引起光程的改变,从而产生光程差。当光程差满足一定的条件后就会发生相消干涉或相长干涉。然而光程的改变与介质的折射率有直接的关系。这样通过观察测量干涉条纹的间距就可以测量出介质的折射率了[5]。干涉法中常用的方法有劈尖干涉、法布里-珀罗(F-P)干涉、瑞利干涉仪等。劈尖干涉是通过测量干涉条纹的宽度来测量液体折射率，劈尖干涉法测量液体折射率的误差比掠射法测量结果误差要小[6]。偏振法的原理是利用光的反射实现的。通过观察测量光在介质表面反射时光的偏振态的变化来推算测定出样品的折射率。将一束激光射向待测液体，在另一边用测量偏振的设备，测量其偏振度，改变入射角度，直到出现偏振度是1，也就是全偏振，这个时候，入射角是布鲁斯特角，可以算出折射率，这种方法测量的结果比较精确，需要的实验器材也比较简单[7]。论文网
光纤传感法是利用光纤传感技术实现的一种方法。光纤传感器具有一系列的优点，例如，高灵敏度、抗电磁干扰、很好的柔韧性、可移植性强、可嵌入性强等等[8]。通过这些优点就可以实现对折射率等多种物理量的测量,操作简单并且还具有很高的精确度。目前光纤传感法中常用的方法有：光纤光栅法、光纤端面回波法、光纤表面等离子体共振波法等。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输[9]。
上面介绍的测量液体折射率的方法都有各自的利弊。在我们做学生实验时，我们会用几何光学法，因为它要求不高，操作简单，虽然精度不高，但是对于做学生实验也够用了。相比之下，光学干涉法有较高的精度，结合计算机和CCD技术可以是实现液体折射率在线实时测量，本次毕业设计就是运用的这个原理。但是在实验中会有一些外界因素带来干扰，例如CCD器件自身的噪声、光源可以不稳定、实验系统的振动等等。为了排除这些干扰，我们会采取在保证信号不失真的前提下，尽可能降低截止频率这种解决方法。光纤传感法具有很多优点是一种很先进的方法。目前运用在化工、生物、医疗、环保、食品等领域，都具有很广阔的前景。当用光纤传感法测量液体折射率时，测量结构也很简单，精度也高，也能实现实时在线检测，是一种非常好的方法。