基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法。测量系统包括折射率测量探头、一分二光纤、激光光源、光电探测器、数据采集器和输出终端，折射率测量探头表面设置有荧光玻璃薄层，荧光玻璃薄层的厚度不超过珀塞尔效应的近场作用范围。本发明专利技术以珀塞尔效应为基础，避免了传统折射率测量方法中光线穿透待测液体的光路设计。通过物质的荧光寿命对其周围环境折射率的响应，即可实现对少量、非透明液体的折射率测量。非透明液体的折射率测量。非透明液体的折射率测量。

【技术实现步骤摘要】
基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法


[0001]本专利技术涉及光学测量
，具体涉及一种基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法。

技术介绍

[0002]液体折射率是现代科学研究和实际生产生活中的一项常用检测指标。对液体折射率的测量需求在食品、化工、医疗检测、环境监测、地质勘探等行业中广泛存在。
[0003]液体折射率的测量方法从原理上可大致分为几何光学法和波动光学法。几何光学法根据折射定律，通过准确测量光线偏转角度或全反射角来进行折射率的测量。其测量操作简便，仪器成本较低。但受限于检测元件自身折射率的大小，几何光学法测量的折射率范围较为有限。波动光学法则主要根据干涉原理，通过激光相位变化计算折射率。一般以相干性较好的激光为光源、光电探测器等为检测器。测量结果精密度高，但操作较为复杂，且仪器成本较高。
[0004]几何光学法和波动光学法折射率测量对待测液体在测量波长下的透过率有一定要求。透明度较差的样品难以实现折射率的准确测量。另外，测量往往要求待测液体体积为毫升级别，微量液体样品的测量较为困难。对有毒有害或珍贵液体来说，传统折射率测量方法会造成不必要的环境污染以及资源浪费。在测量仪器设计方面，液体折射率的测量仪器通常只能测得单一波长下的液体折射率，而无法提供材料的色散特性。多波长液体折射率的测量通常需要仪器配备多个可切换的单色光源，导致仪器内部光路设计复杂，仪器成本极高。
[0005]受限于折射率的测量原理，上述问题在各类折射率测量方法中广泛存在。因此，需要对现有的液体折射率测量方法及测量系统进行改进。

技术实现思路

[0006]针对现有测量方法中存在的至少一个问题，本专利技术提供一种基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种液体折射率测量系统，上述测量系统包括折射率测量探头、一分二光纤、激光光源、光电探测器、数据采集器和输出终端，上述折射率测量探头表面设置有荧光玻璃薄层，上述荧光玻璃薄层的厚度不超过珀塞尔效应的近场作用范围；上述一分二光纤的总线端与上述折射率测量探头直接相连，上述激光光源的激发光经一分二光纤的第一分支端进入光纤并经过光纤传输到达上述折射率测量探头，并激发上述荧光玻璃薄层发出荧光，上述荧光经光纤收集并传输至一分二光纤的第二分支端，由上述光电探测器转换为相应的荧光电信号，上述数据采集器采集上述荧光电信号和上述激发光的电信号，生成荧光光子到达时间的分布图；上述输出终端与数据采集器相连，通过上述荧光光子到达时间的分布图计算荧光寿命，通过荧光寿命计算待测液体的折射率。
[0008]进一步地，上述荧光玻璃薄层中包括一种或多种荧光发射波长的荧光粒子，优选
上述荧光粒子为量子点。
[0009]进一步地，上述折射率测量探头表面的荧光玻璃薄层厚度小于200纳米。
[0010]进一步地，上述测量系统还包括滤光片，上述滤光片位于上述一分二光纤的第二分支端和上述光电探测器之间，上述滤光片为长通滤光片或带通滤光片中的一种。
[0011]进一步地，上述折射率测量探头采用荧光玻璃粉末与上述一分二光纤的尾纤高温熔接的方法制成。
[0012]进一步地，上述荧光玻璃粉末选自铯铅氯钙钛矿量子点玻璃、铯铅溴钙钛矿量子点玻璃、铯铅碘钙钛矿量子点玻璃、铯铅氯溴钙钛矿量子点玻璃、铯铅溴碘钙钛矿量子点玻璃、硫化铅量子点玻璃中的一种或几种。
[0013]进一步地，上述一分二光纤为多模光纤，上述光纤的纤芯直径为100
‑
1000微米。
[0014]进一步地，上述一分二光纤的纤芯选用石英材料，且其数值孔径为0.22
‑
0.50。
[0015]进一步地，上述光电探测器为硅光电探测器，对应折射率波长测量范围为250
‑
1100纳米；或上述光电探测器为砷化铟镓光电探测器，对应折射率波长测量范围为800
‑
1700纳米。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述的任一种折射率测量系统的折射率测量方法，包括：准备一系列折射率已知的标准液体，将上述折射率测量探头浸入上述标准液体；打开上述激光光源、光电探测器、数据采集器和输出终端，并测量荧光玻璃薄层中的荧光物质的荧光寿命；上述输出终端根据不同折射率标准液体的荧光寿命绘制折射率
‑
荧光寿命的标准曲线；准备待测液体，将上述折射率测量探头浸入待测液体并测量荧光物质的荧光寿命；根据上述折射率
‑
荧光寿命的标准曲线，计算得出上述待测液体的折射率。
[0017]进一步地，根据测量波长选取滤光片，插入上述滤光片于上述一分二光纤的第二分支端和上述光电探测器之间，上述滤光片为长通滤光片或带通滤光片中的一种。
[0018]本专利技术的技术方案有益效果在于：1.避免了传统折射率测量方法中光线穿透待测液体的光路设计。以物质荧光寿命对其周围环境折射率的响应为基础，实现了非透明液体的折射率测量。2.近场折射率响应的测量原理使得折射率测量探头对液体体积要求极低，最低仅微升级别的液体便可完成折射率测量。3.折射率测量探头上可包含多种荧光发射波长的荧光粒子。通过置换滤光片就可方便的测量得到不同波长的液体折射率。4.上述折射率测量系统的测量范围较广，可以覆盖整个可见光区和部分近红外区(250纳米
‑
1700纳米)。5.采用的半导体量子点荧光玻璃粉末，其吸收带宽，发射带窄。采用单一波长的短波激光即可激发所有发射波长的荧光材料，不需更换激光光源。6.折射率测量探头对酸碱溶液的耐受性高，测量应用范围广。
附图说明
[0019]图1为本专利技术折射率测量系统的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术折射率测量探头的结构示意图。
[0021]图3为本专利技术实施例1中折射率测量探头在激光照射下的荧光光谱。
[0022]图4为本专利技术实施例1中635
‑
685纳米波段的折射率
‑
荧光寿命标准曲线。
[0023]图中，1为折射率测量探头、2为一分二光纤、3为滤光片、4为光电探测器、5为激光光源、6为数据采集器、7为输出终端、8为荧光玻璃薄层、9为一分二光纤左端的尾纤、F1为
415
‑
455纳米带宽滤光片的透光区间、F2为500
‑
540纳米带宽滤光片的透光区间、F3为635
‑
685纳米带宽滤光片的透光区间。
具体实施方式
[0024]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]本专利技术提供一种基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统和测量方法。为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚明确，以下结合附图对本专利技术进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于珀塞尔效应的液体折射率测量系统，其特征在于，所述测量系统包括折射率测量探头、一分二光纤、激光光源、光电探测器、数据采集器和输出终端，所述折射率测量探头表面设置有荧光玻璃薄层，所述荧光玻璃薄层的厚度不超过珀塞尔效应的近场作用范围；所述一分二光纤的总线端与所述折射率测量探头直接相连，所述激光光源的激发光经一分二光纤的第一分支端进入光纤并经过光纤传输到达所述折射率测量探头，并激发所述荧光玻璃薄层发出荧光，所述荧光经光纤收集并传输至一分二光纤的第二分支端，由所述光电探测器转换为相应的荧光电信号，所述数据采集器采集所述荧光电信号和所述激发光的电信号，生成荧光光子到达时间的分布图；所述输出终端与数据采集器相连，通过所述荧光光子到达时间的分布图计算荧光寿命，通过荧光寿命计算待测液体的折射率。2.根据权利要求1所述的折射率测量系统，其特征在于，所述荧光玻璃薄层中包括一种或多种荧光发射波长的荧光粒子。3.根据权利要求1所述的折射率测量系统，其特征在于，所述折射率测量探头表面的荧光玻璃薄层厚度小于200纳米。4.根据权利要求1所述的折射率测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括滤光片，所述滤光片位于所述一分二光纤的第二分支端和所述光电探测器之间，所述滤光片为长通滤光片或带通滤光片中的一种。5.根据权利要求1所述的折射率测量系统，其特征在于，所述折射率测量探头采用荧光玻璃粉末与所述一分二光纤的尾纤高温熔接的方法制成。6.根据权利要求5所述的折射率测量系统，其特征在于，所述荧光玻璃粉末选自铯铅氯钙钛矿量子点玻璃、铯铅溴钙钛矿量子点玻璃、铯铅碘钙钛矿量子点玻璃、铯铅氯溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美怡，高赟，戴兴良，何海平，叶志镇，
申请(专利权)人：浙江锌芯钛晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：