(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211159428.1 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 华中农业大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区狮子山 街1号 (72)发明人 易伟松　刘宁亮　朱丽颖　李英豪　 袁浩洋　谈浩　谌利　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 李满 (51)Int.Cl. G01N 21/45(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 透明溶液折射率的测量装置和方法 (57)摘要 本发明公开了一种透明溶液折射率的测量 装置， 它包括扩束镜、 第一分束镜、 第一反光镜、 第二反光镜、 第二分束镜、 观察屏、 旋转台、 比色 皿和智能手机， 其中， 比色皿安装在旋转台上， 旋 转台能带动比色皿转动， 扩束镜用于将激光光源 输出的激光信号放大为面光源， 第一分束镜用于 将面光源分成光强度相等且相互垂直的透射光 和反射光； 本发明采用激光作为干涉光源， 利用 精密手动旋转台带动比色皿一起转动， 而且采用 智能手机对干涉图样变化自动计数。 本发明能对 透明溶液折射率进行准确的测量， 并且测量装置 和方法不受溶 液折射率范围及酸碱性影响。 权利要求书3页 说明书5页 附图3页 CN 115508312 A 2022.12.23 CN 115508312 A 1.一种透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 它包括扩束镜(2)、 第一分束镜(3)、 第一反光镜(4)、 第二反光镜(5)、 第二分束镜(6)、 观察屏(7)、 旋转台(8)、 比色皿(9)和 智能 手机(10)， 其中， 比色皿(9)安装在旋转台(8)上， 旋转台(8)能带动比色皿(9)转动， 扩束镜 (2)用于将激光光源(1)输出的激光信号放大为面光源， 第一分束镜(3)用于将面光源分成 光强度相等且相互垂直的透射 光和反射 光， 其中反射 光为第二光束， 透射 光为第一光束； 在比色皿(9)空载情况下， 旋转台(8)带动比色皿(9)转动预设偏转角度， 使得比色皿 (9)具有预设的光束入射角度， 第一光束由第一反光镜(4)改变方向后进入第二分束镜(6)， 第二光束由第二反光镜(5)改变方向后以上述预设的光束入射角度通过比色皿光学面穿透 空载比色皿， 穿透空载比色皿的第二光束进入第二分束镜(6)， 由第一反光镜(4)改变方向 后的第一光束和穿透空载比色皿的第二光束在第二分束镜(6)中发生干涉， 形成反射到观 察屏(7)上第一干涉 条纹； 在比色皿(9)中盛装待测透明溶液样品情况下， 旋转台(8)带动比色皿(9)转动预设偏 转角度， 使得比色皿(9)具有预设的光束入射角度， 第一光束由第一反光镜(4)改变方向后 进入第二分束镜(6)， 第二光束由第二反光镜(5)改变方向后以上述预设的光束入射角度通 过比色皿光学面穿透盛装待测透明溶液样品的比色皿， 穿透盛装待测透明溶液样品的比色 皿的第二光束进入第二分束镜(6)， 由第一反光镜(4)改变方向后的第一光束和穿透盛装待 测透明溶液样品的比色皿的第二光束在第二分束镜(6)中发生干涉， 形成反射到观 察屏(7) 上第二干涉 条纹； 智能手机(10)用于分别对比色皿(9)空载情况下观察屏(7)上的第一干涉条纹和比色 皿(9)中盛装待测透明溶液样品情况下观察屏(7)上的第二干涉条 纹进行识别， 并计算第二 干涉条纹与第一干涉条纹之 间的条纹数差值， 并根据所述条纹数差值计算待测透明溶液的 折射率。 2.根据权利要求1所述的透 明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 智能手机(10)用于 分别识别第一干涉条纹和 第二干涉条纹变化过程中光 强变化情况， 波峰和波谷 分别代表明 条纹和暗条纹， 智能手机(10)计算波峰或者波谷数目即可 得到干涉条纹数目。 3.根据权利要求1所述的透 明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 预设的光束入射角 度的测定方法为： 将空载比色皿置于旋转台(8)上， 利用旋转台(8)转动空载比色皿， 使光束 入射角度发生改变， 从而改变光程差， 干涉图样随之改变， 利用智能手机(10)记录各个光束 入射角度下空载比色皿对应的干涉 条纹数目； 将比色皿(9)中盛满超纯水， 将盛满超纯水的比色皿置于旋转 台(8)上， 利用旋转 台(8) 转动空载比色皿， 使光束入射角度发生改变， 从而改变光程差， 干涉图样随之改变， 利用智 能手机(10)记录各个光束入射角度下盛满超 纯水的比色皿对应的干涉条纹数目， 计算各个 光束入射角度下空载比色皿对应的干涉条纹数目与盛满超纯水的比色皿对应的干涉条纹 数目的差值， 并根据条纹数差值计算各个光束入射角度下超纯 水的折射率； 将计算的各个光束入射角度 下超纯水折射率与超纯水折射率参考值进行比较， 确定预 设的光束入射角度。 4.根据权利要求1或3所述的透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 所述预设的光 束入射角度为12 °。 5.根据权利要求1或3所述的透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 所述智能手机权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115508312 A 2在进行干涉条纹识别前， 需要进 行光学传感器定位， 具体方法为： 智能手机安装物理实验应 用程序Phyphox， 启动应用程序Ph yphox， 在原始传感器菜单中调用光学传感器， 用不透光薄 片， 在手机屏幕上探测光学传感器位置， 当智能手机光照强度为零时， 透过不透光薄片在手 机屏幕上看到的黑 点即为光学传感器位置 。 6.根据权利要求5所述的透 明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 智能手机(10)将光 学传感器对准观察屏(7)上的干涉 条纹进行识别。 7.根据权利要求5所述的透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 所述旋转台(8)由 蜗轮蜗杆驱动旋转。 8.根据权利要求5所述的透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 所述第一反光镜 (4)和第二反光镜(5)的表面均涂有增透膜。 9.根据权利要求5所述的透明溶液折射率的测量装置， 其特征在于： 所述第一反光镜 (4)与第二反光镜(5)平行布置， 第一反光镜(4)和第二反光镜(5)均与第一分束镜(3)呈45 ° 夹角， 与第二分束镜(6)也呈45 °夹角。 10.一种基于权利要求1所述装置的透明溶液折射率测量方法， 其特征在于， 它包括如 下步骤： 步骤1： 智能手机安装物理实验应用程序Phyphox， 启动应用程序Phyphox， 在原始传感 器菜单中调用光学传感器， 用不透光薄片， 在手机屏幕上探测光学传感器位置， 当智能手机 光照强度为 零时， 透过不透光薄片在手机屏幕上看到的黑 点即为光学传感器位置； 步骤2： 扩束镜(2)将激光光源(1)输出的激光信号放大为面光源， 第一分束镜(3)将面 光源分成光强度相等且相互垂直的透射光和反射光， 其中反射光为第二光束， 透射光为第 一光束； 步骤3： 在比色皿(9)空载情况下， 旋转 台(8)带动比色皿(9)转动预设偏转角度， 使得比 色皿(9)具有 预设的光束入射角度， 第一光束由第一反光镜(4)改变方向后进入第二分束镜 (6)， 第二光束由第二反光镜(5)改变方向后以上述预设的光束入射角度通过比色皿光学面 穿透空载比色皿， 穿透空载比色皿的第二光束进入第二分束镜(6)， 由第一反光镜(4)改变 方向后的第一光束和穿透空载比色皿的第二光束在第二分束镜(6)中发生干涉， 形成反射 到观察屏(7)上第一干涉 条纹； 在比色皿(9)中盛装待测透明溶液样品情况下， 旋转台(8)带动比色皿(9)转动预设偏 转角度， 使得比色皿(9)具有预设的光束入射角度， 第一光束由第一反光镜(4)改变方向后 进入第二分束镜(6)， 第二光束由第二反光镜(5)改变方向后以上述预设的光束入射角度通 过比色皿光学面穿透盛装待测透明溶液样品的比色皿， 穿透盛装待测透明溶液样品的比色 皿的第二光束进入第二分束镜(6)， 由第一反光镜(4)改变方向后的第一光束和穿透盛装待 测透明溶液样品的比色皿的第二光束在第二分束镜(6)中发生干涉， 形成反射到观 察屏(7) 上第二干涉 条纹； 步骤4： 智能手机(10)分别对比色皿(9)空载情况下观察屏(7)上的第一干涉条纹和比 色皿(9)中盛装待测透明溶液样品情况下观察屏(7)上的第二干涉条 纹进行识别， 并计算第 二干涉条纹与第一干涉条纹之 间的条纹数差值， 并根据所述条纹数差值计算待测透明溶液 的折射率； 所述步骤3中， 预设的光束入射角度的测定方法为： 将空载比色皿置于旋转台(8)上， 利权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115508312 A 3