一种无损测量透明毛细管管壁折射率的方法及装置，属于用可见光作光源测量固体折射率的方法。本发明专利技术利用平行光经过装有不同标准液体的毛细管后会聚焦点位置不同的原理，通过ＣＣＤ对会聚焦点位置成像后的图像判断，计算出毛细管的外轮廓位置和焦距，进而计算出毛细管管壁的折射率。本发明专利技术测量毛细管折射率的测量精度优于０．００５，具有设备简单，操作方便，便于图像观察和识别清晰以及自动化程度高的特点，实现了对毛细管在无损条件下管壁折射率的精确测量，满足一般实验过程对毛细管管壁折射率的精度要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于用可见光作光源测量固体折射率的方法，特别涉及测量毛细管的管壁折射率的方法和装置。
技术介绍
玻璃毛细管广泛应用于医疗检测，光学仪器，分析仪器，光纤通信配件，试验、化验 检测等行业，是众多检验，检测仪器中的重要部件之一 (http:〃www. glassinfo. com. cn/， 玻璃信息网)。在科研工作中经常需要精确地知道毛细管管壁的折射率，由于厂商一 般不提供或者只提供批量产品的相关数据，因此在科研过程中需要自行准确地测量实际使 用的毛细管管壁折射率。根据目前的文献资料报道，还没有在无损毛细管的前提下对毛细 管的管壁折射率进行精确测量的方法。本专利技术提出之前，我们根据平行光经过装有不同液 体的毛细管后汇聚焦点位置不同的物理现象，提出了用玻璃毛细管精确测量微量液体的 折射率原理和方法(普小云，白然，邢曼男等，中国专利技术专利ZL200710066016.2;邢曼 男，白然，普小云，精确测量微量液体折射率的新方法，"光学精密工程"，2008，16(7)， 1196-1202)，通过该原理和方法可以测量装有不同液体的毛细管焦点位置，并计算得到待 测毛细管中液体的折射率。但在这个过程中，作为测量毛细管内液体折射率的管壁折射率 还不是已知的，需要厂商提供或者其它损坏毛细管的繁复实验后才能得到。
技术实现思路
为了在无损前提下测量透明毛细管的管壁折射率，本专利技术目的包括提供一种无损测量透明毛细管管壁折射率的方法，以及提供一种依据该方法采用在待测毛细管内充入折射率已知的标准液体样品，通过测量平行光经过毛细管后的光线汇聚点位置计算得到毛细管的管壁折射率的装置。本专利技术通过以下方式实现 该方法毛细管管壁的折射率满足(1)式"0= 尊一。 (1) 式中，n。是待测毛细管的管壁折射率，r和R分别是毛细管的内、外半径，n是充入 毛细管内标准液体样品的已知折射率，d是玻璃毛细管的轴线到其焦点的距离。其中，r和 R的数值通过读数显微镜直接地测量取得；d的数值由平行光通过充入标准液体样品的毛 细管后光线汇聚点位置间接地测量取得。 该方法进一步表达为 令毛细管的轴线位置为D。，在毛细管中充入折射率为ni的标准液体样品，则毛细 管的焦距位置满足下式 d！ = D「D。 ； (2) 在毛细管中充入折射率为n2的标准液体样品，则此时毛细管的焦距位置满足下 式 d2 = D2-Dq。 (3) 将(2)和(3)式两式分别代入(1)式，得到(4)和(5)式: 2"^-"(A-"o) (4)2"2(i —，2—D。)2i (￡>2 — D0) — 2w2r("2 —) + w2i r 所述的毛细管的轴线位置D。值满足(6)式 (5)"-ffl+A)純A-，(")卜o,(6)D。值。将D。值代入(4)或(5) 由(6)式通过计算可以得到D。值，而无需直接领 式，即可计算出待测毛细管的管壁折射率n。。 所述方法中，令An。 = 0. 005，定义折射率灵敏度为管壁折射率改变0. 005所引起的d值变化量A4，则有2<i 2flf△《=—x1 +——(7) 当折射率n。变化0. 005引起的d值变化量超过成像景深值L = A /(N. A. )2，即Ads > L时，可以从理论上保证An。 = 0. 005的测量精度，反之亦然。 根据以上方法提供的一种无损测量透明毛细管管壁折射率的装置 该装置以发光二极管作为测量光源(1)，经透镜(2)准直，准直光束经宽度可调的狭缝(3)使得进入毛细管的光线满足近轴条件；吸入标准液体后的玻璃毛细管(4)构成一个由四个共轴柱面组成的光学系统，取柱透镜作用，设置于透镜(2)与显微物镜(5)之间；显微物镜(5)与CCD探测器(6)构成毛细管焦点像的采集系统(7)。所述装置的光源(1)为中心波长为A = 580nm，谱线半宽度为FWHM = 32nm的发光二极管。 所述装置的焦点像的采集系统(7)固定在一个最小分度值为0. Olmm的一维位移 台(9)上。 所述装置的显微物镜(5)的放大倍率为10倍，数值孔径A = 0. 25，经过毛细管后 的光斑全部覆盖显微物镜(5)的镜面，使显微物镜(5)标定的数值孔径成为有效数值孔径。 所述装置的毛细管焦点的像采集系统(7)由具有内置转换电路和驱动电路的 640X480阵列的二维CCD探测器(6)所构成，该CCD探测器(6)通过一个USB接口与计算 机(8)连接。 所述装置狭缝(3)的宽度SW约小于毛细管内径。 本专利技术采用标准液体样品标定毛细管的管轴位置，提高了毛细管焦距测量的可靠性。在具体实施方式中用纯水，乙醇，乙二醇三种标准液体对同种管壁材料、不同尺寸的毛 细管管壁折射率进行测量，折射率测量精度在O. 005以内。该专利技术方法具有使用设备简单， 操作方便，便于对图像观察和识别以及测量精度高的特点，实现了对毛细管无损条件下，精 确测量其管壁折射率，满足了一般科研实验对毛细管管壁折射率的要求精度。 本专利技术具有如下积极效果 1.采用毛细管的焦点成像法(普小云，白然，邢曼男等，用玻璃毛细管精确测量微 量液体的折射率，中国专利技术专利，200710066016. 2)测量毛细管的管壁折射率，实现了对 毛细管管壁折射率的无损测量。 2.如果按照(1)式计算毛细管的管壁折射率则必须测量毛细管的焦距d值。d = D「D。， D。是毛细管轴线的位置，此前我们通过测量毛细管外轮廓的清晰像位置来确定(邢 曼男，白然，普小云，精确测量微量液体折射率的新方法，《光学精密工程》，2008，16(7)， 1196-1202)。由于平行光经过毛细管外壁边缘时的衍射效应，准确判断毛细管外轮廓清晰 像的位置D。是困难的，由此造成了对d值测量的误差。因此，本专利技术除了提供(1)式之外， 依据(4)或(5)式采用标准液体折射率标定的方法来提高d值测量的精度，并应用(6)式 直接计算D。值，避免了对D。值的直接测量，进一步消除了由D。值的测量误差造成的对毛细 管的管壁折射率的测量误差。 3.采用了显微物镜结合面阵CCD对焦线位置成像的方法，该方法与采用读数显微 镜直接测量焦线位置的方法相比(邢曼男，白然，普小云，精确测量微量液体折射率的新方 法，《光学精密工程》，2008， 16(7) ， 1196-1202)，焦线的成像光斑在显微物镜上的尺寸超 过其有效孔径。较大的成像光斑使得焦线通过显微物镜后，在CCD成像位置维持一个较短 的成像景深，保证了成像系统对焦线位置的判断误差始终限制在0. Olmm的范围内。 4、本专利技术为玻璃毛细管在批量生产过程中管壁折射率的快速抽样检测，提供了一 种可靠的技术方法。附图说明 图1是实现本专利技术的一种装置。发光二极管l，准直透镜2，可调狭缝3，玻璃毛细 管4，成像显微物镜5， 二维CCD探测器6，毛细管焦点像的采集系统7，计算机8， 一维位移平 台9 ;可调狭缝宽度SW，毛细管管轴位置D。，毛细管焦点位置Di，毛细管焦距d = D「D。，显微 镜物方焦距f。 图2是折射率灵敏度和景深值随待测管壁折射率的变化曲线。曲线1，2，4分别是 用折射率为1. 3335， 1. 3618， 1. 4331的标准液体进行标定的计算曲线；曲线3为景深值曲 线。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无损测量透明毛细管管壁折射率的方法，其特征是该方法毛细管管壁的折射率满足（１）式：ｎ↓［０］＝２ｄｎ（Ｒ－ｒ）／２Ｒｄ－２ｎｄｒ＋ｎＲｒ（１）式中，ｎ↓［０］是待测毛细管的管壁折射率，ｒ和Ｒ分别是毛细管的内、外半径，ｎ是充入毛细管内标准液体样品的已知折射率，ｄ是玻璃毛细管的轴线到其焦点的距离。其中，ｒ和Ｒ的数值通过读数显微镜直接地测量取得；ｄ的数值由平行光通过毛细管后对光线汇聚点位置间接地测量取得。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：普小云，李强，苏光辉，张瑞凯，孙丽存，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]
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