一種光纖干涉法測折射率的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖干涉測量折射率的裝置，包括激光器光源，環形器，樣品池，光電探測器，解調模塊，準直器。樣品池的一端裝有準直儀，準直器中有10％反射90％透射式透鏡，樣品池的后端為法拉第旋鏡。激光器發出的光經過準直器后變成平行光入射進樣品池，并且在后端被法拉第旋鏡反射回來。法拉第旋鏡避免了樣品池內入射光和反射光之間的干涉。準直器的反射光和法拉第旋鏡的反射光兩路光會發生干涉現象。本實用新型測量精度高，結構簡單易于實現小型化，可以對氣體、液體多種樣本進行測量，測量折射率的范圍廣，可以實現數字化自動測量。
【專利說明】
-種光纖干潰法測折射率的裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種光纖干設法測折射率的裝置，通過光纖干設測量原理對于氣 體、液體的折射率進行高精度數字化的測量。
【背景技術】
[0002] 目前，傳統的測定折射率的方法主要是通過阿貝折射率測量儀，阿貝折射率測量 儀主要是通過光的全反射原理，在被測液體和棱鏡的表面形成全發射現象，從而W臨界角 的位置為軸線形成明暗分界的區域，通過探測明暗分界區域的位置來實現對樣本的折射率 的測量。由于運用全反射的原理，測量折射率的范圍受到一定的限制，對于折射率較高或者 較低的樣品不能夠測量。阿貝折射率測量儀由純物理光學器件搭建，光路搭建和調校困難， 儀器整體操作復雜，體積大，不便于實現小型化和數字化測量。阿貝折射率測量儀多用于液 體的折射率的測量，對于氣體折射率的測量有一定的局限性。
[0003] 辛督強等人（一種基于光纖干設的液體折射率測量裝置，專利號： 201520180701.5)報道了一種光纖干設的液體折射率測量裝置，光纖干設兩臂之間沒有補 償，外界振動和溫度影響會帶來附加的光程差，導致測量不準確，裝置整體抗干擾能力差， 準確度和精確度下降。
【發明內容】
[0004] 為了克服傳統折射率測量儀光路搭建困難，使用操作復雜，不能實現數字化自動 測量，測量的折射率范圍較小等不足，本實用新型提供一種光纖干設測量折射率的儀器，通 過光纖干設測量技術對樣本的折射率進行高精度測量，抗干擾能力強，折射率測量范圍 寬，探測樣本種類多樣，儀器可W實現數字化實時測量功能。
[0005] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:環形器的=端分別與激光器， 樣品池和光電探測器連接。激光器發出的激光經過環形器到達樣品池，樣品池是一個透明 的玻璃空倉，有進樣口和出樣口，不同的樣品可W通過進樣口進行注入，探測完成的樣品可 W通過出樣口進行排出。樣品池的前端裝有光纖準直器，準直器內裝有10%反射90%透射 的透鏡，透鏡可W將一部分入射光反射回光纖內，一部分光經過準直器射入到樣品池內。另 夕h準直器可W將光纖的入射光轉換成平行光射出，在樣品池的后端裝有法拉第旋鏡，鏡面 上有防腐蝕的鍛膜，可W防止樣品對法拉第旋鏡的腐蝕。由準直器出射的平行光經過樣品 池后，在后端的法拉第旋鏡上發生反射，樣品池的反射光和準直器中的反射光會發生干設 現象。法拉第旋鏡可W將入射光的偏振狀態旋轉90%運樣在樣品池中的入射光和法拉第旋 鏡的反射光就不會發生干設，避免了由干設引起的附加條紋的變化。當樣本池中為真空狀 態的時候，前端準直器的反射光和后端法拉第旋鏡的反射光之間光程差恒定，干設條紋穩 定。當充入樣本時，樣本池內折射率會發生相應的變化，兩路反射光之間會產生相應的光程 差，干設條紋也會產生相應的變化。裝置本身為全光纖結構，測量精度高，相應速度快，避免 了傳統光路搭建的復雜程序。
[0006] 在使用時，對于氣體和液體樣本，可W先將樣品池抽成真空，運時樣本池中的折射 率為n = 1，再將被測氣體或液體樣本注入到樣本池中，相應的折射率發生變化，光程差就會 發生相應的改變，同時干設條紋就會產生相應的變化，環形器的另一端接在光電探測器上 面，可W探測干設條紋相應的相位變化，之后解調模塊進行解調可W得出相應的干設信息， 進一步得出待測樣品的折射率。
[0007] 本實用新型包括激光器、環形器、光纖準直器、進樣口、法拉第旋鏡、出樣口、樣品 池、光電探測器和解調模塊，激光器輸出的激光經過環形器入射進樣品池，樣品池的前端有 準直器，準直器中有反射/透射式透鏡，樣品池的后端有法拉第旋鏡，準直器的反射光和法 拉第旋鏡的反射光會發生干設現象，環形器的另一端接有光電探測器，可W將光信號轉換 為電信號再傳到解調模塊，進行解調后得到相應的折射率數值。
[0008] 所述的激光器用于單色性好的激光器，選擇1550nm的半導體激光器。激光器的波 長可W選擇1310皿、1064皿、780皿或650皿，還可W根據樣品折射率的大小來選擇合適波長 范圍的激光器。
[0009] 所述的樣品池是由透明玻璃制成，長度為250mm，內徑為1 Omm，外徑20mm。樣品池可 W根據實際情況改為其他形狀，如長方體。樣品池前端裝有準直器，準直儀中裝有10%反射 90%透射的透鏡，樣品池后端裝有全反射鏡。
[0010] 準直器中的透鏡可W選擇20 %反射80 %透射的透鏡、30 %反射70 %透射的透鏡， 透光率可由不同的折射率樣品來進行選擇。
[0011] 樣品池的后端裝有法拉第旋鏡，可W將入射光的偏振狀態旋轉90°。
[0012] 上位機應當采用相關的解調算法，來得出相應的折射率的值。
[0013] 解調模塊可W連接PC機終端也可W連接嵌入式系統，作為便攜式測量裝置。
[0014] 與現有折射率測量裝置相比，本實用新型具有如下優勢：
[0015] (1)全光纖結構，代替了傳統的光路的搭建，避免了復雜的光路搭建和調校過程， 并且可W抗電磁干擾，穩定性增加。
[0016] (2)運用光纖干設測量原理，測量精度高，動態響應范圍大。
[0017] (3)該光路設計可W抵消外接環境溫度和振動的影響，提高了測量精度和抗干擾 能力。
[0018] (4)可W對液體和氣體樣本的折射率進行測量，測量樣本種類多，折射率測量范圍 大。
【附圖說明】
[0019] 圖1是光纖干設測量折射率裝置系統圖。
[0020] 圖2是樣品池剖面圖。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1和圖2所示，一種光纖干設法測折射率的裝置有激光器(1)、環形器(2)、光纖 準直器(3)、進樣口（4)、法拉第旋鏡(5)、出樣口（6)、樣品池(7)、光電探測器(8)和解調模塊 (9)組成。
[0022] -種光纖干設折射率測量裝置，其整體結構如圖1所示。半導體激光器發出的激光 經過光纖入射到環形器中，環形器又通過光纖將激光照射到樣品池里面。樣品池的前端是 光纖準直器，準直器內有10 %反射90 %透射的透鏡。透鏡可W將一部分入射光反射回光纖 內，一部分光經過準直器射入到樣品池內。另外，準直器可W將光纖的入射光轉換成平行光 射出，在樣品池的后端裝有法拉第旋鏡。由準直器出射的平行光經過樣品池后，在后端的法 拉第旋鏡上發生反射。法拉第旋鏡將入射光的偏振狀態旋轉90°出射，避免了在樣品池內入 射光和反射光之間的干設。使用時，首先將準直器調成水平，那么由準直器透射進入樣品池 中的光經過后端的法拉第旋鏡反射和又可W禪合到準直器中，樣品池的反射光和準直器中 的反射光就會發生干設現象。
[0023] 運里令連接環形器光纖的長度為h，樣品池的長度為12。光纖折射率為m，樣品池 內樣品的折射率為n2對于準直器反射光的光程為2-^喊對于樣品池反射光的光程為
兩路干設光的光程差關
干設的 光程差只是和樣品的折射率樣品池的長度有關，和入射光纖的長度無關。那么對于外界的 振動干擾，溫度變化都不會影響光程差的變化，使得裝置整體穩定性提高，抗干擾能力強。
[0024] 使用時可W通過排樣孔將樣品池抽成真空，運時形成穩定的干設條紋。之后將樣 品通過注樣孔注入到樣品池中，注入樣品后樣品池中的折射率發生相應的變化，折射率從 真空n=l變化到n = ri2,光程差也會有相應的變
f設條紋會出現移動。環形器 的另一端還接上了光電探測器，光電探測器可W將光信號轉換為電信號傳給解調模塊，進 行解調算法運算，得出條紋變化的數量，通過公式
能可W得出相應 樣本的折射率。
【主權項】
1. 一種光纖干涉法測折射率的裝置，包括激光器（1)、環形器(2)、光纖準直器(3)、進樣 口（4)、法拉第旋鏡(5)、出樣口（6)、樣品池(7)、光電探測器(8)和解調模塊(9)，激光器輸出 的激光經過環形器入射進樣品池，樣品池的前端有準直器，準直器中有反射/透射式透鏡， 樣品池的后端有法拉第旋鏡，準直器的反射光和法拉第旋鏡的反射光會發生干涉現象，環 形器的另一端接有光電探測器，可以將光信號轉換為電信號再傳到解調模塊，進行解調后 得到相應的折射率數值。2. 根據權利要求1所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:所述的樣品池 (7)是由透明玻璃制成，長度為250mm，內徑為10mm，外徑20mm。3. 根據權利要求1所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:樣品池前端裝 有準直器，準直儀中裝有10%反射90%透射的透鏡，樣品池后端裝有全反射鏡。4. 根據權利要求3所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:準直器中的透 鏡可以選擇20%反射80%透射的透鏡、30%反射70%透射的透鏡，透光率可由不同的折射 率樣品來進行選擇。5. 根據權利要求1所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:樣品池(7)的 后端裝有法拉第旋鏡，可以將入射光的偏振狀態旋轉90°。6. 根據權利要求1所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:上位機應當采 用相關的解調算法，來得出相應的折射率的值。7. 根據權利要求1所述的一種光纖干涉法測折射率的裝置，其特征在于:解調模塊可以 連接PC機終端也可以連接嵌入式系統，作為便攜式測量裝置。
【文檔編號】G01N21/45GK205719967SQ201620525863
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】高文智, 陳建冬, 崔洪亮, 李亞
【申請人】吉林大學