本申請涉及液體折射率精密檢測，特別是涉及一種液體折射率高精度檢測系統及其檢測方法。

背景技術：

1、折射率是介質重要的光學特性參數之一。在汽車制造、日用化工、食品工業、醫藥制造和石油化工等諸多領域，相關液體的折射率檢測已成為一種普遍的工藝控制標準。

2、目前，液體折射率的檢測方法有多種。根據檢測原理可以分為幾何光學法、干涉法和光譜法等。全反射臨界角法（也稱阿貝法）是典型的用幾何光學法來測量液體的折射率，目前已經開發出成熟的商用儀器，即阿貝折光儀，但是阿貝折光儀檢測精度一般在0.001~0.0001范圍，難以實現更高精度的液體折射率測量。干涉法和光譜法可以測出更高精度的液體折射率，但是這些檢測方法往往系統復雜，價格昂貴。

技術實現思路

1、基于此，有必要提供一種液體折射率高精度檢測系統。本發明的液體折射率高精度檢測系統具有結構簡單、操作便捷、價格低、檢測靈敏度和精度高等優點。

2、本申請一實施例提供了一種液體折射率高精度檢測系統。

3、一種液體折射率高精度檢測系統，包括激光器、透明基底、凸透鏡、棱鏡樣品池以及光斑檢測單元；

4、所述激光器用于發出平行激光束的可見光；

5、所述透明基底上設置有計算全息圖，所述計算全息圖的原圖為純黑背景中包含一個像素寬度的白色豎直線；

6、所述凸透鏡用于將所述透明基底上的計算全息圖再現的物光波成像，獲得成像寬度為80μm~120μm的線光斑；

7、所述棱鏡樣品池用于盛裝待測液體；

8、所述光斑檢測單元設置在所述凸透鏡的像面上，所述光斑檢測單元用于探測所述線光斑再現像中心的像素位置，通過解析所述光斑檢測單元探測到的線光斑再現像中心的像素位置便可測出裝在所述棱鏡樣品池中的待測液體的折射率。

9、在其中一些實施例中，所述激光器發出的平行激光束的光斑覆蓋所述計算全息圖。

10、在其中一些實施例中，所述計算全息圖的中心位于所述凸透鏡的光軸上。

11、在其中一些實施例中，所述棱鏡樣品池為倒梯形結構。

12、在其中一些實施例中，所述棱鏡樣品池的容量小于1ml。

13、在其中一些實施例中，所述棱鏡樣品池為透明狀，所述棱鏡樣品池的底面呈水平設置，所述棱鏡樣品池用于入射光線和出射光線的兩個側壁均呈傾斜狀，且兩個所述側壁由底部至頂部逐漸遠離，兩個所述側壁的厚度不大于0.5mm。

14、在其中一些實施例中，所述光斑檢測單元的線陣探測面的像素排列方向與線光斑再現像的長度方向垂直。

15、在其中一些實施例中，所述光斑檢測單元為線ccd。

16、在其中一些實施例中，所述光斑檢測單元與水平方向的夾角可調。

17、本申請一實施例還提供了一種液體折射率高精度檢測方法。

18、一種液體折射率高精度檢測方法，采用上述的液體折射率高精度檢測系統，包括如下步驟：

19、將待測液體置于棱鏡樣品池中；

20、控制激光器發出平行激光束的可見光；

21、透明基底上設置有計算全息圖；

22、所述計算全息圖的衍射光場經過凸透鏡成像，獲得成像寬度為80μm~120μm的線光斑光學再現像；

23、控制所述光斑檢測單元探測所述線光斑再現像中心的像素位置，解析所述光斑檢測單元探測到的線光斑再現像中心的像素位置，基于標準曲線獲得待測液體的折射率。

24、在其中一些實施例中，所述計算全息圖，采用基于博奇編碼法的修正離軸干涉型計算全息圖的計算方法計算而來，計算公式（1）為：

25、?(x,?y)?=?0.5{1?+?cos[2παx?-?φ(x,?y)]}??????????????（1）

26、其中，?(x,?y)?為計算全息圖(x,?y)坐標處的透過率函數，α為離軸參考光的載頻，φ(x,?y)為原圖的物光波在(x,?y)坐標處的相位分布。

27、上述液體折射率高精度檢測系統，包括激光器、透明基底、凸透鏡、棱鏡樣品池和光斑檢測單元，該檢測系統結構簡單、價格低、操作便捷、檢測靈敏度和精度高，可用于液體折射率的精密檢測。激光器發射的平行激光束照射在透明基底上的計算全息圖上，衍射光波被凸透鏡成像，成像光束經過一個裝有待測液體的棱鏡樣品池后成像在光斑檢測單元上。由于棱鏡樣品池有強的色散的特點，且成像在光斑檢測單元上的線光斑光學再現像的寬度僅為微米量級，故通過讀取光斑檢測單元采集到的線光斑再現像中心的像素位置信息便可測出待測液體的折射率。

技術特征：

1.一種液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，包括激光器、透明基底、凸透鏡、棱鏡樣品池以及光斑檢測單元；

2.根據權利要求1所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述激光器發出的平行激光束的光斑覆蓋所述透明基底上的計算全息圖。

3.根據權利要求1所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述透明基底上的計算全息圖的中心位于所述凸透鏡的光軸上。

4.根據權利要求1所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述棱鏡樣品池為倒梯形結構；

5.根據權利要求1~4任意一項所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述棱鏡樣品池為透明狀，所述棱鏡樣品池的底面呈水平設置，所述棱鏡樣品池用于入射光線和出射光線的兩個側壁均呈傾斜狀，且兩個所述側壁由底部至頂部逐漸遠離，兩個所述側壁的厚度不大于0.5mm。

6.根據權利要求1~4任意一項所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述光斑檢測單元的線陣探測面的像素排列方向與線光斑再現像的長度方向垂直。

7.根據權利要求1~4任意一項所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述光斑檢測單元為線ccd。

8.根據權利要求7所述的液體折射率高精度檢測系統，其特征在于，所述光斑檢測單元與水平方向的夾角可調。

9.一種液體折射率高精度檢測方法，其特征在于，采用權利要求1~8任意一項所述的液體折射率高精度檢測系統，包括如下步驟：

10.根據權利要求9所述的液體折射率高精度檢測方法，其特征在于，所述計算全息圖，采用基于博奇編碼法的修正離軸干涉型計算全息圖的計算方法計算而來，計算公式（1）為：

技術總結
本發明公開了一種液體折射率高精度檢測系統及其方法，其包括激光器、透明基底、凸透鏡、棱鏡樣品池以及光斑檢測單元；激光器用于發出平行激光束的可見光；透明基底用于光刻打印計算全息圖，計算全息圖的原圖為純黑背景中包含一個像素寬度的白色豎直線；凸透鏡用于將獲得的計算全息圖再現的物光波成像，獲得的線光斑光學再現像；棱鏡樣品池用于盛裝待測液體；光斑檢測單元設置在凸透鏡的像面上，光斑檢測單元用于探測線光斑再現像中心的像素位置，通過解析光斑檢測單元探測到的線光斑再現像中心的像素位置便可測出裝在棱鏡樣品池中的待測液體的折射率。本申請結構簡單、操作便捷、價格低、檢測靈敏度和精度高。

技術研發人員：黃玉瑩,周宏揚,汪晨冉,徐琳琳,曹斯穎
受保護的技術使用者：南方科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28