專利名稱：高壓下透明流體折射率測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于光學測量技術領域，主要涉及高壓下透明流體不同波長的折射率同時測量的方法和裝置。
背景技術：
折射率是光在空氣中的速度與光在該材料中的速度之比率，是表征光透明物質光學性質的基本物理量之一,對液體來說不同成份,折射率不同,氣體折射率與氣壓、溫度、濕度以及氣體成分有關。通過測定介質內折射率的空間分布和隨時間的變化，進而定性分析乃至定量確定其他的各種相關物理量，有許多重要的實際應用，因此，測量不同壓力下流體折射率對于研究高壓下流體特性有重要意義。目前，不同的物質，折射率的測量方法有所不同，折射率測量常用的方法有(I)使用分光計的最小偏向角法，該方法雖然測量精度高， 但對待測樣品的要求也高，除了需將樣品加工成三棱鏡外,還對所加工成的三棱鏡頂角及其中兩個平面的平面度有較高的精度要求，增加了測量成本；(2)阿貝折射計臨界角法，該方法測量誤差因素較多，而且要求樣品的折射率不得大于I. 7，因而對某些樣品不能使用；干涉方法，此法在測量過程中，由于待測樣品和測量光路需反復調整，因而光路調整復雜，手工操作強度大，測量過程時間長，不利于實現測量過程的自動化。國內的發明專利ZL86107252給出干涉方法對空氣折射率測量裝置，發明專利ZL90102943給出一種測量玻璃等透明物質折射率的自動V棱鏡折射率儀，發明專利ZL93114899給出一種基于激光腔變位移的空氣折射率測量方法，國外的發明專利 US7130060B2給出微小干涉反射探測的折射率測量方法，US4733967和US4685803給出采用干涉法的氣體折射率測量方法和裝置，以上這些專利是基于常用的折射率測試方法的發展，由于其局限性，無法使用在高壓下流體的折射率測量。本發明提出對高壓下透明流體(液體和氣體)在寬譜范圍(涉及遠紅外和紫外區域)的不同波長折射率的同時測量方法和裝置，實現對樣品折射率的準確、快速、自動化測量，同時可給出高壓下透明流體的色散公式。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種高壓下透明液體/氣體折射率測量裝置。本發明中的高壓下透明液體/氣體折射率測量裝置所采用的技術方案是光源輸出光束經過凹面鏡變成平行光，平行光束依次經過反射鏡和取樣鏡后垂直入射到窗口 I， 再經過放置在密封機構的被測流體和窗口 II后垂直入射到光譜儀入口 ；窗口 I與窗口 II的表面平行設置，由取樣鏡反射的平行光束通過功率監視儀對輸出的平行光束功率進行監視測量，盛裝被測流體的密封機構通過熱電耦測量溫度，通過恒溫箱保持實驗中被測流體溫度恒定，開關I用于控制氣體的注入，以增加密封機構內流體壓強，開關II用于控制真空泵工作，以減少密封機構內被測流體壓強，被測流體的壓強通過壓力測量儀測量。本發明的有益效果是，對透明流體(液體和氣體)在寬譜范圍(涉及遠紅外和紫外區域)的不同波長折射率的同時測量方法和裝置，將應用于高壓透明流體折射率的實時診斷，同時給出多種透明介質的色散公式；儀器結構簡單，調節方便，測試精度高。
圖I是本發明的高壓下透明流體折射率測量裝置的結構示意圖。圖中，I.反射鏡 2.光源 3.凹面鏡 4.取樣鏡 5.功率監視儀
6.熱電耦 7.恒溫箱 8.窗口 I 9.被測流體 10.密封機構 11.窗口 II 12.光譜儀 13.溫度顯示儀 14.氣體 15.開關I 16.氣管道 17.壓力測量儀 18.開關II，19.真空泵。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖I所示，光源2輸出光束經過凹面鏡3變成平行光，光束經過反射鏡I和取樣鏡4后垂直入射到窗口 I 8，光束經過放置在密封機構10的被測流體9和窗口 II 11后垂直入射到光譜儀12，窗口 I 8與窗口 II 11的表面平行，由取樣鏡4反射的光束通過功率監視儀5對輸出的光束功率進行監視測量，盛裝被測流體9的密封機構10通過熱電耦6測量溫度,通過恒溫箱7保持實驗中被測流體9溫度恒定，打開開關I 15注入氣體14增加密封機構10內流體壓強，或打開開關II 18同時讓真空泵19工作，減少密封機構10內被測流體9 壓強，被測流體9的壓強通過壓力測量儀17測量。光源2為寬帶光源，可選用如WBr (溴鎢)燈，輸出功率連續可調，輸出功率穩定度小于O. 01%。取樣鏡4為I定鍥角的劈板，如鍥角為10度；
窗口 I 8與窗口 II 11的材料為AL2O3 ;窗口 I 8與窗口 II 11的表面平行,平行度小于 1° ,窗口 I 8的前后兩個表面和窗口 II 11的前后表面面型要求小于λ/4, λ =632. 8nm ； 在密封機構10中的被測流體9的厚度盡量小，取Γ2πιπι。通過調節光源2的輸出功率，使進入光譜儀12上的強度信號在(1/2 2/3)最大值之間；
從窗口 II 11出射的光束也可以采用光纖傳輸到光譜儀12的狹縫入口，光纖兩端通過五維調節機構分別完成從窗口 II 11出射的光束與光纖一端的耦合，光纖另一端與光譜儀 12的狹縫耦合；
光譜儀12由一個150刻線的光柵和CCD探測器，具有240nm譜寬度，保持入射光束強度穩定性小于O. 01% ；
密封機構10內壁為黑色，以吸收散射光和反射光。當入射光垂直入射到介質表面時，反射率(或透射率)與折射率有關；對于某一波長λ的光，腔體內流體的溫度為/；，壓力為^時，光束在窗口與腔體內前后表面的透射率可以寫成
Tf0xam=I-，通二(O式中，/ 是窗口材料對于某一波長的折射率，真空中某一波長的折射率為nQ ;若腔體流體壓力為Λ，溫度為T1時，對于某一波長λ的光，在窗口與腔體內墻后表面，透射率為
權利要求
1.一種高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述測量裝置中的光源(2)輸出光束經過凹面鏡(3)變成平行光，平行光束依次經過反射鏡(I)和取樣鏡(4)后垂直入射到窗口 I (8)，再經過放置在密封機構(10)的被測流體(9)和窗口 II (11)后垂直入射到光譜儀(12)入口 ；窗口 I (8)與窗口 II (11)的表面平行設置，由取樣鏡(4)反射的平行光束通過功率監視儀(5)對輸出的平行光束功率進行監視測量，盛裝被測流體(9)的密封機構 (10)通過熱電耦(6)測量溫度，通過恒溫箱(7)保持實驗中被測流體(9)溫度恒定，開關I (15)用于控制氣體(14)的注入，以增加密封機構(10)內流體壓強，開關II (18)用于控制真空泵(19)工作，以減少密封機構(10)內被測流體(9)壓強，被測流體(9)的壓強通過壓力測量儀(17)測量。
2.根據權利要求I所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的光源(2) 為寬帶光源。
3.根據權利要求2所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的寬帶光源為輸出功率連續可調、穩定度小于0.01%的溴鎢燈。
4.根據權利要求I所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的密封機構(10)中的被測流體(9)的厚度為f2mm。
5.根據權利要求I所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的窗口I(8)與窗口 II (11)的表面平行度小于1°，窗口 I (8)的前后兩個表面和窗口 II (11)的前后表面面型小于λ /4, λ =632. 8nm。
6.根據權利要求I所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的光譜儀 (12)強度穩定性小于O. 01%。
7.根據權利要求I所述的高壓下透明流體折射率測量裝置，其特征是所述的密封機構(10)內壁為黑色。
全文摘要
本發明提供了一種高壓下透明流體折射率測量裝置。光源輸出光束經過凹面鏡變成平行光，平行光束依次經過反射鏡和取樣鏡后垂直入射到窗口Ⅰ，再經過放置在密封機構的被測流體和窗口Ⅱ后垂直入射到光譜儀入口；窗口Ⅰ與窗口Ⅱ的表面平行設置，由取樣鏡反射的平行光束通過功率監視儀對輸出的平行光束功率進行監視測量，盛裝被測流體的密封機構通過熱電耦測量溫度，通過恒溫箱保持實驗中被測流體溫度恒定，開關Ⅰ用于控制氣體的注入，以增加密封機構內流體壓強，開關Ⅱ用于控制真空泵工作，以減少密封機構內被測流體壓強，被測流體的壓強通過壓力測量儀測量。本裝置可以實現高壓透明流體在寬譜范圍的不同波長下折射率的同時測量方法和裝置，儀器結構簡單，調節方便，測試精度高。
文檔編號G01N21/41GK102590139SQ20121003818
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者孫志紅, 鄭軍, 陳其峰, 陳志云, 陳玉雷, 顧云軍 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所