專利名稱：一種液體狹縫光柵以及液體鑒別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)以及液體鑒別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體狹縫光柵以及液體鑒別裝置。
背景技術(shù)：
在海洋污染監(jiān)測(cè)、水資源保護(hù)、制藥工藝、食品飲料及工業(yè)用液等所有涉及液體檢測(cè)的領(lǐng)域中，迫切需要有別于傳統(tǒng)化學(xué)檢測(cè)方法的無(wú)二次污染獲得被測(cè)液體的物理、化學(xué)特性參數(shù)的液體檢測(cè)鑒別方法。目前，正在發(fā)展和采用的是液滴分析技術(shù)。其依據(jù)的是在液滴生長(zhǎng)過(guò)程中，液體的某些特性與液體在一定條件下形成的液滴特性關(guān)系密切，例如，在一定條件下液滴的體積大小與液體的表面張力、粘度、濃度以及化學(xué)組成成分等特性有關(guān)。液滴分析技術(shù)具體的實(shí)現(xiàn)方法目前主要有:(I)光纖液滴分析技術(shù)，通過(guò)兩根插入液滴內(nèi)部的光纖分別將光導(dǎo)入液滴和獲取經(jīng)過(guò)液滴反射、吸收后的光信號(hào)，并由此得到接收發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線。(2)電容液滴分析方法，由滴頭和環(huán)形極板構(gòu)成特殊的電容傳感器，將液滴生長(zhǎng)過(guò)程中的體積變化轉(zhuǎn)變成電容傳感器電容量的變化。(3)光纖電容融合分析技術(shù)，一方面通過(guò)輸入輸出光纖分別將光導(dǎo)入液滴而獲取經(jīng)過(guò)液滴后的光信號(hào)，得到接收光強(qiáng)隨液滴生長(zhǎng)變化的曲線；另一方面通過(guò)由滴頭和環(huán)形極板構(gòu)成的特殊電容傳感器，得到液滴的瞬時(shí)體積。兩者的有機(jī)結(jié)合使液滴分析技術(shù)涉及了被測(cè)液體更多的特性，從而能夠更全面地分析、鑒別被測(cè)液體，這種分析技術(shù)可以獲得以液滴體積為基準(zhǔn)的“液滴指紋圖”。(4)圖像液滴分析技術(shù)，用CCD直接記錄液滴生長(zhǎng)過(guò)程中的輪廓變化情況，觀察分析液滴的幾何形狀特征，并利用圖像處理技術(shù)通過(guò)邊緣提取獲得液滴的體積?？朔斯饫w液滴分析、電容液 滴分析等通過(guò)間接方法了解液滴的生長(zhǎng)變化過(guò)程的缺點(diǎn)。(5)光譜液滴分析技術(shù)，以上技術(shù) 方法都是著重研究被測(cè)液體的物理特性，結(jié)合光纖分析技術(shù)和微型光譜儀不僅可以獲得液體的物理參數(shù)還可獲得被測(cè)液體的吸收光譜信息，滿足生命科學(xué)，醫(yī)藥和環(huán)保等經(jīng)常需要對(duì)液體的化學(xué)成分信息進(jìn)行檢測(cè)的各領(lǐng)域行業(yè)的需求。此外,還發(fā)展了液滴散射技術(shù)、液滴生長(zhǎng)振蕩分析技術(shù)、虹分析技術(shù)等?，F(xiàn)有的這些液滴分析技術(shù)共同的基本要求就是要有一個(gè)能夠精確控制液滴發(fā)生的裝置，或是對(duì)自然形成的液滴才能進(jìn)行檢測(cè)，這樣就限制了它的應(yīng)用。此外，若要同時(shí)檢測(cè)液滴生長(zhǎng)過(guò)程所表現(xiàn)的物理、化學(xué)特性，建立包含光強(qiáng)信號(hào)、液滴體積信號(hào)、光譜信號(hào)等的三維液滴指紋圖，提高液滴分析技術(shù)的鑒別能力，必然造成所需設(shè)備復(fù)雜、昂貴、體積龐大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種液體狹縫光柵以及液體鑒別裝置，該裝置不僅能分析液體的物理特性，同時(shí)還能同步分析與液體的化學(xué)特性相聯(lián)系的光譜特性。[0008]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種液體狹縫光柵，包括中部鏤空的方形夾具，所述夾具鏤空部分夾裝有若干纖維細(xì)絲，所述纖維細(xì)絲平行排列構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)，且這些纖維細(xì)絲之間的縫隙中充滿待測(cè)液體。上述若干纖維細(xì)絲之間的縫隙為10 100 μ m，纖維細(xì)絲的寬度5 30 μ m。上述的纖維細(xì)絲的材料為金屬絲或玻璃纖維。上述的金屬絲的材料為金、銀、銅或鋁。一種液體鑒別裝置，包括光源，以及在光軸上沿入射光方向依次布置的第一透鏡、液體狹縫光柵、第二透鏡以及圖像采集裝置，圖像采集裝置的信號(hào)輸出端還連接有用于處理和分析數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。上述光源為白光光源或單色光源。上述液體狹縫光柵包括若干纖維細(xì)絲，以及用于固定纖維細(xì)絲使其構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)的夾具。上述圖像采集裝置為(XD、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或照相機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有的各種液滴分析方法不同之處在于，本實(shí)用新型不需要液滴發(fā)生裝置，只需用纖維細(xì)絲材料制成的液體狹縫光柵這一核心元件，裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單。同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有的超聲液體光柵和固體材料制成的透射、反射、全息、復(fù)制等各種光柵，液體狹縫光柵是一種新型光柵。另外，本實(shí)用新型利用了液體自然發(fā)生的毛細(xì)現(xiàn)象，液體狹縫光柵的液體表面形狀由液體表面張力決定，同時(shí)表面張力由液體的濃度、粘度、組成成分等特性所決定，而同時(shí)光柵的液體表面形狀又決定了光柵衍射光強(qiáng)分布，故這種液體狹縫光柵的光譜衍射峰位置及對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)反映了液體由濃度、粘度、組成成分等決定的表面張力的物理特性。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型采用白光或紅外波段的光照射液體狹縫光柵，同時(shí)液體的某些化學(xué)組成成分對(duì)某些波長(zhǎng)的光有吸收，則衍射光強(qiáng)分布還能反映出液體化學(xué)成分組成。本實(shí)用新型 所述方法可以同時(shí)獲得液體的物理和化學(xué)特性參數(shù)，極大的提高了液體鑒別的準(zhǔn)確性與可靠性。最后，本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，且鑒別時(shí)間短，相對(duì)于傳統(tǒng)的液體鑒別方法的鑒別時(shí)間以及準(zhǔn)確度都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖1為本實(shí)用新型液體狹縫光柵及狹縫間液體形狀示意圖；圖2為本實(shí)用新型采用液體狹縫光柵的液體鑒別裝置示意圖。其中，I為光源；2為第一透鏡；3為液體狹縫光柵；4為第二透鏡；5為CXD ;6為纖維細(xì)絲；7為夾具；8為待測(cè)液體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型一種液體狹縫光柵，包括中部鏤空的方形夾具7，所述夾具7鏤空部分夾裝有由金屬或玻璃制成的若干纖維細(xì)絲6，且這些纖維細(xì)絲6之間的縫隙為10 100 μ m,纖維細(xì)絲6的寬度5 30 μ m，上述的金屬絲的材料為金、銀、銅或鋁；所述纖維細(xì)絲6平行等間距排列構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)，且這些纖維細(xì)絲6之間的縫隙中充滿待測(cè)液體8。參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型一種液體鑒別裝置，包括光源1，以及在光軸上沿入射光方向依次布置的第一透鏡2、液體狹縫光柵3、第二透鏡4以及(XD5，(XD5的輸出端還連接有用于處理和分析數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。其中，光源I為白光光源或單色光源。上述液體狹縫光柵3包括若干纖維細(xì)絲6，以及用于固定纖維細(xì)絲6使其構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)的夾具7。本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種液體鑒別方法，包括以下步驟:I)制作液體狹縫光柵，用夾具將纖維細(xì)絲夾緊，使纖維細(xì)絲彼此間留有間隙，構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)；將制作好的光柵用支撐架固定，下端浸入待測(cè)液體中，待測(cè)液體將在表面張力的作用下，沿纖維細(xì)絲間隙充滿光柵，形成液體狹縫光柵；2)搭建測(cè)量裝置，設(shè)置光源，在光軸上，沿入射方向依次設(shè)置第一透鏡、液體狹縫光柵、第二透鏡以及圖像采集裝置；圖像采集裝置的信號(hào)輸出端連接有用于處理和分析數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)；3)用平行白光或單色光源照射間隙充滿待測(cè)液體的液體狹縫光柵，用圖像采集裝置采集光柵衍射光強(qiáng)分布，并將圖像送入計(jì)算機(jī)，得到峰值所在的像素位置以及對(duì)應(yīng)的灰度值，通過(guò)對(duì)比光譜衍射峰位置以及光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待側(cè)液體的鑒別。本實(shí)用新型的原理如下:本實(shí)用新型液體狹縫光柵及液體鑒別方法，其核心是制作一種液體狹縫光柵。使用時(shí)將制作好的光柵下端·浸入待測(cè)液體8中，使待測(cè)液體充滿光柵間隙。用平行白光或單色光源照射待測(cè)液體狹縫光柵，用CCD探測(cè)器采集光柵衍射光強(qiáng)分布。并送入計(jì)算機(jī)處理和分析，根據(jù)光譜衍射峰位置及光強(qiáng)值等特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)液體的鑒別。當(dāng)同時(shí)鑒別兩種液體時(shí)，也可采用并排平行放置兩個(gè)液體光柵，用平行光同時(shí)照射這兩個(gè)光柵，對(duì)采集到的兩組數(shù)據(jù)直接比較和鑒別。由于不同液體的成分不同，導(dǎo)致每種液體的表面張力不同，使其在形成狹縫光柵時(shí)液體的表面形狀不同，從而導(dǎo)致衍射光的相位和振幅存在差異；用白光對(duì)其進(jìn)行照射時(shí)會(huì)形成光譜強(qiáng)度不同的衍射光，用CCD采集衍射光，并送入到計(jì)算機(jī)中對(duì)其進(jìn)行處理，得到峰值所在的像素位置以及對(duì)應(yīng)的灰度值，通過(guò)對(duì)比光譜衍射峰位置以及光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待側(cè)液體的鑒別。當(dāng)同時(shí)鑒別兩種液體時(shí)，可采用并排平行放置的兩個(gè)液體光柵，用平行光白光或單色光同時(shí)照射這兩個(gè)光柵，再對(duì)采集到的兩組數(shù)據(jù)直接比較，以達(dá)到兩種液體的鑒別；同理，可以同時(shí)進(jìn)行多種液體的同時(shí)鑒別。這種表面張力液體光柵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的鑒別以及鑒別兩種液體間細(xì)微差別。既可以用來(lái)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控液體生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)，也可以用來(lái)鑒別液體的真?zhèn)?如假酒、假藥和假飲料等)。本實(shí)用新型提供的具體的液體鑒別方法是這樣實(shí)現(xiàn)的:步驟1:用纖維細(xì)絲材料制成一種狹縫光柵，纖維細(xì)絲彼此間留有相同間隙，其間隙在微米至毫米量級(jí)范圍，光柵大小約為毫米至厘米量級(jí)；步驟2:將制作好的光柵用支撐支架固定，下端浸入待測(cè)液體中，待液體將在表面張力作用下自然沿纖維細(xì)絲間隙充滿光柵；步驟3:采用平行光白光或單色光照射待測(cè)液體狹縫光柵，由于液體表面張力作用的緣故，液體光柵表面形狀將會(huì)依液體不同種類、不同性質(zhì)、不同濃度、不同化學(xué)性質(zhì)等特性而發(fā)生改變，這些變化會(huì)引起衍射光相位的明顯變化，導(dǎo)致光柵衍射光強(qiáng)及分布的不同，可用CCD探測(cè)器采集光柵衍射光強(qiáng)及其分布；步驟4:將CCD探測(cè)器采集的光柵衍射光強(qiáng)分布送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和分析，根據(jù)各種不同波長(zhǎng)的光譜衍射峰位置及對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)值等特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)液體的與鑒別。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提 交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種液體狹縫光柵，其特征在于:包括中部鏤空的方形夾具(7)，所述夾具(7)鏤空部分夾裝有若干纖維細(xì)絲(6)，所述纖維細(xì)絲(6)平行等間距排列構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)，且這些纖維細(xì)絲(6 )之間的縫隙中充滿待測(cè)液體(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體狹縫光柵，其特征在于:所述若干纖維細(xì)絲(6)之間的縫隙為10 100 μ m，纖維細(xì)絲(6)的寬度5 30 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體狹縫光柵，其特征在于:所述的纖維細(xì)絲(6)的材料為金屬絲或玻璃纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體狹縫光柵，其特征在于:所述的金屬絲的材料為金、銀、銅或招。
5.一種利用液體狹縫光柵的液體鑒別裝置，其特征在于:包括光源(1)，以及在光軸上沿入射光方向依次布置的第一透鏡(2)、液體狹縫光柵(3)、第二透鏡(4)以及圖像采集裝置，所述圖像采集裝置的信號(hào)輸出端還連接有用于處理和分析數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用液體狹縫光柵的液體鑒別裝置，其特征在于:所述光源(I)為白光光源或單色光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用液體狹縫光柵的液體鑒別裝置，其特征在于:所述液體狹縫光柵(3)包括若干纖維細(xì)絲(6)，以及用于固定纖維細(xì)絲(6)使其構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)的夾具(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用液體狹縫光柵的液體鑒別裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置為CXD (5)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或照相機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種液體狹縫光柵以及液體鑒別裝置，所述液體狹縫光柵，包括中部鏤空的方形夾具(7)，所述夾具(7)鏤空部分夾裝有若干纖維細(xì)絲(6)，所述纖維細(xì)絲(6)平行等間距排列構(gòu)成光柵結(jié)構(gòu)，且這些纖維細(xì)絲(6)之間的縫隙中充滿待測(cè)液體(8)。所述液體鑒別裝置，包括光源(1)，以及在光軸上沿入射光方向依次布置的第一透鏡(2)、上述液體狹縫光柵(3)、第二透鏡(4)以及圖像采集裝置，所述圖像采集裝置的信號(hào)輸出端還連接有用于處理和分析數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G02B5/18GK203133305SQ20132012624
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者呂岑 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)