CN208999306U - 一种利用布儒斯特角测量折射率的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，包括光源、平行光管、偏振元件、载物台、待测介质、光电探测器、第一电动旋转台、第二电动旋转台、控制器和接杆，其中，第一电动旋转台和第二电动旋转台上下同轴设置，但相互独立传动，待测介质位于第一电动旋转台上表面中央位置，光电探测器通过接杆固定安装在第二电动旋转台侧面，光源射出的光线照射到待测介质表面后，发射光可被光电探测器接收，控制器可控制两旋转台相互独立转动或同步转动，当第两旋转台同步转动时，第二电动旋转台旋转的角速度是第一电动旋转台角速度的两倍。通过设置两组同轴的电动旋转台，利用步进电机连续改变入射光的入射角度，能够精准测量、计算折射率。
Description
技术领域
本实用新型是涉及物理测量技术领域，具体的说是一种利用布儒斯特角测量折射率的装置。
背景技术
现有的利用布儒斯特角测量折射率的装置，入射到待测介质表面入射光线的入射角大小和接收反射光线的望远镜位置一般需要依靠手动调整，两者之间不易同步，手动调整很难精确控制入射光线入射角的变化。
现有装置，一般凭借人眼观测从待测介质表面反射出的反射光强度，人眼对于反射光强最大值或最小值“临界点”的判断存在较大的不确定性，不同人在测量过程中存在较大偏差，在实际应用中无法做到真正意义上的定量测量，另外，凭借人眼只能测量可见光的布儒斯特角和折射率。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用布儒斯特角测量折射率的装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征是：包括光源，所示的光源射出的光线照射在待测介质表面，光源射出光线所在的光路上依次设置有平行光管和偏振元件，所述的待测介质固定安装在载物台上，载物台固定安装在第一电动旋转台的上表面中央位置，所述的第一电动旋转台固定安装在第二电动旋转台上方，所述的第二电动旋转台侧方固定安装有水平设置的接杆，所述的接杆上安装有竖直设置的支杆，支杆的上顶端设置有光电探测器探；
所述的第一电动旋转台用于带动载物台转动，所述的第二电动旋转台用于带动光电探测器探转动；
所述的第一电动旋转台和第二电动旋转台同轴，所述的第一电动旋转台和第二电动旋转台均与控制器信号连接，所述的控制器用于控制第一电动旋转台和第二电动旋转台独立转动或同步转动，光电探测器探用于接收光源射出的光线照射在待测介质表面后的反射光。
为优化上述实用新型，采取的具体措施还包括：
所述的光源为单色光源，所述的光源发出光的波长在光电探测器探的探测范围内。
所述的待测介质、光源和光电探测器探位于同一水平面内。
所述的待测介质为透光或不透光且表面光滑的固体物质。
所述的第一电动旋转台和第二电动旋转台均为超高精密电动旋转台，最小旋转角度不大于0.00125°
所述的控制器为两相步进电机控制箱，所述的两相步进电机控制箱控制第一电动旋转台和第二电动旋转台同步转动时，第二电动旋转台的旋转角速度为第一电动旋转台的旋转角速度的两倍。
所述的偏振元件为偏振片或起偏棱镜。
该种利用布儒斯特角测量折射率的装置能够达到的有益效果为：通过设置两组同轴的电动旋转台，利用步进电机连续改变入射光的入射角度，通过光电探测器探测反射光的光强，使实验操作更加简单，避免了人眼观测的不确定性，可以测量可见光和部分不可见光的折射率，测量的折射率范围广，可实现数字化自动测量。
附图说明
图1为本实用新型一种利用布儒斯特角测量折射率的装置的结构原理图。
图2为本实用新型一种利用布儒斯特角测量折射率的装置的布儒斯特角形成原理图。
图例说明：1、光源；2、平行光管；3、偏振元件；4、载物台；5、待测介质；6、光电探测器；7、第一电动旋转台；8、第二电动旋转台；9、控制器；10、接杆。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征是：包括光源1，所示的光源1射出的光线照射在待测介质5表面，光源1射出光线所在的光路上依次设置有平行光管2和偏振元件3，所述的待测介质5固定安装在载物台4上，载物台4固定安装在第一电动旋转台7的上表面中央位置，所述的第一电动旋转台7固定安装在第二电动旋转台8上方，所述的第二电动旋转台8侧方固定安装有水平设置的接杆10，所述的接杆10上安装有竖直设置的支杆，支杆的上顶端设置有光电探测器探6；
所述的第一电动旋转台7用于带动载物台4转动，所述的第二电动旋转台8用于带动光电探测器探6转动；
所述的第一电动旋转台7和第二电动旋转台8同轴，所述的第一电动旋转台7和第二电动旋转台8均与控制器9信号连接，所述的控制器9用于控制第一电动旋转台7和第二电动旋转台8独立转动或同步转动，光电探测器探6用于接收光源1射出的光线照射在待测介质5表面后的反射光。
所述的光源1为单色光源，所述的光源1发出光的波长在光电探测器探6的探测范围内。
所述的待测介质5、光源1和光电探测器探6位于同一水平面内。
所述的待测介质5为透光或不透光且表面光滑的固体物质。
所述的第一电动旋转台7和第二电动旋转台8均为超高精密电动旋转台，最小旋转角度不大于0.00125°
所述的控制器9为两相步进电机控制箱，所述的两相步进电机控制箱控制第一电动旋转台7和第二电动旋转台8同步转动时，第二电动旋转台8的旋转角速度为第一电动旋转台7的旋转角速度的两倍。
所述的偏振元件3为偏振片或起偏棱镜。
本实施例中，第一电动旋转台7和第二电动旋转台8传动相对独立，即第一电动旋转台7带动载物台4转动，进而带动待测介质5转动，待测介质5固定安装在第一电动旋转台7的上表面中央位置，第二电动旋转台8的侧面安装有光电探测器6，光电探测器6可以接受待测介质5的反射光，由于在测量过程中光线的入射角度不断变化，因此待测介质5的入射光和反射光均沿第一电动旋转台7和第二电动旋转台8的径向。这样，第一电动旋转台7和第二电动旋转台8的旋转角度对应时，从待测介质5表面反射出的光可以始终被光电探测器6接收。控制器9可以控制第一电动旋转台7和第二电动旋转台8转动的角速度和角度，并记录第一电动旋转台7转过的角度，光电探测器6可以探测反射光的光强。
本实施例中，第一电动旋转台和所述第二电动旋转台均为超高精密电动旋转台，型号分别为RAuk100和RAuK200。型号分为RAuk100和RAuK200的超高精密电动旋转台的最小旋转角度为0.00125°
本实施例中，控制器9为两相步进电机控制箱，型号为MC600。
本实施例中，光电探测器探6为硅光电池探头，分辨率为0.1uw。光源选用单色光源，包括但不限于钠光源。
当光以布儒斯特角入射时，由于入射光为偏振方向平行于入射平面的线偏振光，此时光电探测器6探测的反射光光强最弱。
如图2所示，本测量装置测量折射率的原理如下：
自然光在介质表面发生反射或折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当光以布儒斯特角入射时，反射光才是线偏振光，偏振方向垂直于入射平面，用公式可以表示为：
为入射介质的折射率，由此可以推算出待测介质的折射率。
本测量装置的测量方式如下：
测量前，先校准光路，调节光源1使其发出的光为水平光并通过第一电动旋转平台7和第二电动旋转平台8的中心轴线；再利用控制器9控制第一电动旋转台7转动，调节载物台4使入射到待测介质5表面的光沿着原光路返回，此时入射光的入射角为0°，光路已被校准。
测量时，先使第一电动旋转台7转过一定的角度，优选的，再利用控制器9控制第二电动旋转台8转动，当光电探测器6探测到的光强最大时，此时从待测介质5表面反射出去的光刚好好进入光电探测器6中；然后使两个旋转台同步转动，且第二电动旋转台8转动的角速度是第一电动旋转台7转动角度的两倍，由于反射光为偏振方向平行于入射平面的线偏振光，当光电探测器探6测到的光强最弱时，由控制器9记录的数据可以确定布儒斯特角的大小。
当测量不可见光的折射率时，可选用波长连续可调的光源，先利用可见光校准光路，然后将波长切换为不可见光，用此装置可以测量可见光和部分不可见光折射率。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征是：包括光源（1），所示的光源（1）射出的光线照射在待测介质（5）表面，光源（1）射出光线所在的光路上依次设置有平行光管（2）和偏振元件（3），所述的待测介质（5）固定安装在载物台（4）上，载物台（4）固定安装在第一电动旋转台（7）的上表面中央位置，所述的第一电动旋转台（7）固定安装在第二电动旋转台（8）上方，所述的第二电动旋转台（8）侧方固定安装有水平设置的接杆（10），所述的接杆（10）上安装有竖直设置的支杆，支杆的上顶端设置有光电探测器探（6）；
所述的第一电动旋转台（7）用于带动载物台（4）转动，所述的第二电动旋转台（8）用于带动光电探测器探（6）转动；
所述的第一电动旋转台（7）和第二电动旋转台（8）同轴，所述的第一电动旋转台（7）和第二电动旋转台（8）均与控制器（9）信号连接，所述的控制器（9）用于控制第一电动旋转台（7）和第二电动旋转台（8）独立转动或同步转动，光电探测器探（6）用于接收光源（1）射出的光线照射在待测介质（5）表面后的反射光。
2.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的光源（1）为单色光源，所述的光源（1）发出光的波长在光电探测器探（6）的探测范围内。
3.根据权利要求2所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的待测介质（5）、光源（1）和光电探测器探（6）位于同一水平面内。
4.根据权利要求3所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的待测介质（5）为透光或不透光且表面光滑的固体物质。
5.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的第一电动旋转台（7）和第二电动旋转台（8）均为超高精密电动旋转台，最小旋转角度不大于0.00125°。
6.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的控制器（9）为两相步进电机控制箱，所述的两相步进电机控制箱控制第一电动旋转台（7）和第二电动旋转台（8）同步转动时，第二电动旋转台（8）的旋转角速度为第一电动旋转台（7）的旋转角速度的两倍。
7.根据权利要求1所述的一种利用布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于：所述的偏振元件（3）为偏振片或起偏棱镜。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111650398A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-11 | 上海交通大学 | Ldv测量圆管内部二维流场的装置 |
| CN114485394A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-05-13 | 武汉大学 | 一种双工作台光学散射测量系统 |
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