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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 液體折射率在線測(cè)量?jī)x
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 提出了一種液體折射率在線精確測(cè)量方法。通過(guò)對(duì)測(cè)量探頭的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，從根本上消除了以往測(cè)量中普遍存在的器壁對(duì)液體折射率測(cè)量的影響，提高了測(cè)量精度。該裝置還可測(cè)量少量液體的折射率。另外，該裝置整體密封，配有水溫計(jì)和標(biāo)尺，可測(cè)不同溫度、不同深度處的折射率及其變化。該裝置不僅可用于液體折射率的實(shí)驗(yàn)室研究，還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中液體折射率在線監(jiān)測(cè)。
- 詳細(xì)介紹：
- 此作品設(shè)計(jì)了一種新穎的液體折射率測(cè)量?jī)x。其基本思路是基于雙折射法來(lái)測(cè)定液體折射率。由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的一束激光通過(guò)測(cè)量探頭，在接收光屏上形成激光光斑。當(dāng)探頭置于空氣和待測(cè)液體中時(shí)，通過(guò)測(cè)量激光光斑的位移來(lái)測(cè)量待測(cè)液體的折射率。通過(guò)對(duì)測(cè)量探頭的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，完全消除了以往液體測(cè)量中容器器壁的影響顯著提高了液體折射率的測(cè)量精度。該裝置還可測(cè)量少量液體的折射率。 另外，該裝置整體密封，可以測(cè)量不同環(huán)境條件下（不同溫度、不同深度）液體折射率及其變化情況，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)液體折射率的在線監(jiān)測(cè)。 該裝置還可進(jìn)一步拓展其功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體濃度的測(cè)量及在線監(jiān)測(cè)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：設(shè)計(jì)了一種液體折射率測(cè)量?jī)x，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液體折射率的精確測(cè)量，以及在不同條件（不同溫度，不同深度）下液體折射率的在線監(jiān)測(cè)。另外還可精確測(cè)量少量液體的折射率?；舅悸罚罕驹O(shè)計(jì)是基于雙折射法來(lái)測(cè)定液體折射率。一束激光通過(guò)測(cè)量探頭，由CCD接收激光光斑位置。當(dāng)探頭置于空氣和待測(cè)液體中時(shí)，通過(guò)測(cè)量激光光斑的位移來(lái)測(cè)量待測(cè)液體的折射率。通過(guò)對(duì)測(cè)量探頭的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，從根本上消除了以往液體折射率測(cè)量中容器器壁的影響。創(chuàng)新點(diǎn)：（1）測(cè)量探頭由兩個(gè)嚴(yán)格保持平行的光學(xué)玻璃片組成，使最終折射率的計(jì)算與器壁厚度無(wú)關(guān)，消除了器壁對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。兩光學(xué)玻璃片斜面角度精確設(shè)計(jì)，斜面相互垂直，從而能使光線在兩光學(xué)玻璃的斜面上發(fā)生全反射，又保證了出射光線始終與光屏垂直，消除了由于斜入射造成的誤差。（2）本裝置可測(cè)少量未知液體折射率。（3）該設(shè)備整體密封,具有防水功能；裝配刻度尺及水溫計(jì)，可測(cè)不同深度處、不同溫度下的液體折射率；還可在工業(yè)上用于遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)易揮發(fā)或有毒液體的折射率及其變化。技術(shù)關(guān)鍵：通過(guò)對(duì)測(cè)量探頭的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使液體折射率的計(jì)算與器壁厚度無(wú)關(guān)，消除了器壁對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。兩光學(xué)玻璃片斜面角度巧妙設(shè)計(jì)，既能使得光線在兩光學(xué)玻璃斜面上發(fā)生全反射，又能保證出射光線始終與光屏垂直。技術(shù)指標(biāo)：本作品所測(cè)液體折射率的測(cè)量范圍廣，為1~1.8，測(cè)量精度可達(dá)到99.8%，溫度測(cè)量范圍為-40℃~90℃。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前測(cè)液體折射率的方法有比重法、旋光法、分光計(jì)法、超聲波法和折射率法等[1]。比重法精度較高但操作繁瑣；旋光法[2]是檢測(cè)偏振光光強(qiáng)的變化規(guī)律，需要不同成分具有不同的旋光性且精度不高；分光計(jì)法[3]是檢測(cè)液體透光率，靈敏度不高；超聲波法精度雖高，但設(shè)備體積大不易攜帶；折射率法中典型的是基于全反射的阿貝折射儀[4]，其測(cè)量精度較高，但測(cè)定范圍相對(duì)較窄。 本作品提出了一種新穎的基于雙折射法的測(cè)量技術(shù)，可以對(duì)液體的折射率進(jìn)行一體化在線測(cè)量，且測(cè)量精度較高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，此方法消除了以往實(shí)驗(yàn)普遍存在的器壁對(duì)液體折射率測(cè)量的影響和人為因素的引入。 此裝置能精確測(cè)少量未知液體的折射率。在以往技術(shù)中，可精確測(cè)未知液體折射率的設(shè)備體積比較大，用的液體都比較多；體積比較小的設(shè)備測(cè)量的待測(cè)液體的折射率的都會(huì)受器壁的影響。 以往設(shè)備功能單一，而此設(shè)備還配有水溫計(jì)及刻度尺，可以測(cè)不同溫度、不同深度處的液體折射率及其變化，在工業(yè)生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用于液體折射率在線監(jiān)測(cè)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2010年山東省第二屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽中獲特等獎(jiǎng),此大賽由山東省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦，山東物理學(xué)會(huì)承辦。 以本作品為基礎(chǔ)的項(xiàng)目獲學(xué)校大學(xué)生科技創(chuàng)新基金立項(xiàng)項(xiàng)目1項(xiàng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 采用成套設(shè)備引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 展示方式： （1）實(shí)物、產(chǎn)品（2）現(xiàn)場(chǎng)演示（3） 圖片（4）樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：設(shè)備置于空氣中，激光器發(fā)出激光，光線通過(guò)測(cè)量探頭在光屏上形成光斑，用CCD記錄斑點(diǎn)的位置；把此裝置置入被測(cè)液體中，用CCD記錄光斑偏移量Δd。利用編程計(jì)算出待測(cè)液體的折射率。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：（1）所設(shè)計(jì)的測(cè)量探頭可完全消除器壁的影響。（2）可測(cè)量少量液體的折射。（3）可在工業(yè)上規(guī)模應(yīng)用及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。（4）以低成本實(shí)現(xiàn)對(duì)液體折射率的在線精確測(cè)量。 適應(yīng)范圍及推廣前景：可廣泛應(yīng)用于對(duì)液體折射率的實(shí)驗(yàn)測(cè)量及工業(yè)在線監(jiān)測(cè)；可檢測(cè)任何未知液體的折射率；可用于揮發(fā)性、有毒性液體折射率的監(jiān)測(cè)。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益：目前的化工、飲料、制藥、酒廠、環(huán)保等行業(yè)，對(duì)液體折射率的分析、監(jiān)測(cè)是必不可少的。市場(chǎng)上的液體折射率在線精密測(cè)量?jī)x的價(jià)位大多在兩萬(wàn)元以上，如國(guó)產(chǎn)WYA-ZT自動(dòng)阿貝折射儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)）售價(jià):58000元；而本作品的測(cè)量設(shè)備規(guī)模化生產(chǎn)成本在2000元左右。按照全國(guó)每年企業(yè)需求量3萬(wàn)臺(tái)計(jì)，僅此一項(xiàng)市場(chǎng)收益就可達(dá)6億元人民幣以上。
同類課題研究水平概述
- 液體折射率在化工、飲料、釀酒、醫(yī)藥、環(huán)保等行業(yè)，以及一些科學(xué)研究、國(guó)防領(lǐng)域中都是一個(gè)非常重要的物理參數(shù)。折射率的精確測(cè)量是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)液體折射率的測(cè)量研究已較為成熟，有比重法、旋光法、分光計(jì)法、超聲波法和折射率法等[1]。比重法精度較高但操作繁瑣，需多次使用分析天平；旋光法[2]是檢測(cè)偏振光光強(qiáng)的變化規(guī)律，需要不同成分具有不同的旋光性且精度不高；分光計(jì)法[3]是檢測(cè)液體透光率，精度也不高；超聲波法具有精度高的特點(diǎn)，但設(shè)備體積較大不易攜帶；折射率法中典型的是基于全反射的阿貝折射儀[4]，其測(cè)量精度較高，但測(cè)定范圍相對(duì)較窄。 目前基于折射率法的測(cè)量方法大致分為兩類：一是使用光纖直接插入水中發(fā)射和接收，但對(duì)激光有較高的要求，在激光的入射方向要和光纖成特定角度，在工業(yè)使用時(shí)接口就易發(fā)生變形，使精度達(dá)不到要求；二是用激光在容器外部射入待測(cè)溶液，而現(xiàn)有裝置都不可避免引入了容器壁對(duì)折射率的影響，且裝置功能單一。 本設(shè)備就是在上述背景下，提出了一種新穎的基于折射率法的測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體折射率的一體化在線精確測(cè)量。此作品測(cè)量探頭采取雙折射特殊設(shè)計(jì)，從根本上消除了容器壁對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；可對(duì)少量液體的折射率及其變化進(jìn)行測(cè)量；也適用于揮發(fā)性液體和有毒性液體折射率的測(cè)量；此設(shè)備既可以用于對(duì)液體折射率的實(shí)驗(yàn)測(cè)量也可以用于工業(yè)在線監(jiān)測(cè)；同時(shí)此設(shè)備具有成本低、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度較高等優(yōu)點(diǎn)。 本作品測(cè)量技術(shù)可進(jìn)一步延伸，拓展其功能。如，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式還可以測(cè)液體的濃度；還可以用于葡萄酒品質(zhì)的在線測(cè)量等?；诒炯夹g(shù)的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)多功能、多環(huán)境下的低成本高精度測(cè)量。 參考文獻(xiàn)： [1] 辛督強(qiáng) 朱民 解延雷 張濤 測(cè)量液體折射率的幾種方法[ J ].大學(xué)物理，2007,26(1):34-37. [2] 包弈艦 黃吉 陸申龍.新型旋轉(zhuǎn)液體實(shí)驗(yàn)——介紹一個(gè)研究性物理實(shí)驗(yàn)[J].大學(xué)物理,2003,22(2):27-30. [3] 黃文龍. 利用全反射原理測(cè)量液體折射率的分光計(jì)方法[ J ].物理通報(bào)， 1997,23(2):27-28. [4] 孫流星.邵懿芳.自動(dòng)阿貝折射儀的研究[J].光學(xué)器件, 2010, 25(5): 80- 83.
