測量氣體折射率的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種測量氣體折射率的方法和裝置，其中所述裝置包括氣室，用于集取待測氣體；螺管，用于將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上，由此使得氣室位于反射鏡所在的光路上；真空泵，用于采用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減?。黄渲校兓膲簭?qiáng)用于測量氣體的折射率。采用本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置，能夠測量任意氣體的折射率，同時(shí)還能實(shí)時(shí)采樣壓強(qiáng)的變化并在顯示器上以數(shù)字化顯示。
【專利說明】測量氣體折射率的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量氣體折射率的方法和裝置，尤其涉及一種利用邁克爾遜干涉儀測量氣體折射率的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]折射率在物理、生物、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域是一個(gè)很重要的參數(shù)，對其精確測量在物理、化工、醫(yī)藥、食品等相關(guān)工業(yè)部門有重要意義和用途。因此，許多的測量折射率的方法應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的測量方法有掠入射法、衍射光柵法、激光照射法和CCD測量法，還有寬帶吸收光譜法、滴定法和熒光淬火等測量方法。
[0003]邁克爾遜干涉儀是一款構(gòu)思巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊和測試精度很高的光學(xué)測量儀器，在物理學(xué)，特別是近代物理學(xué)發(fā)展中占據(jù)舉足輕重的地位，可以完成多種分析測試和實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，該儀器也是我國高校物理實(shí)驗(yàn)中心最常見的實(shí)驗(yàn)儀器之一。邁克爾遜干涉儀的原理是一束入射光由分光板分為兩束后各自被對應(yīng)的平面鏡反射回來并產(chǎn)生干涉，干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長度以及改變介質(zhì)的折射率來實(shí)現(xiàn)，從而使干涉圖樣發(fā)生改變。邁克爾遜干涉儀通常用于做光波波長、折射率、厚度以及同心圓干涉條紋的測量
坐寸ο
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，利用邁克爾遜干涉儀測量氣體折射率主要的方法多為通過捏動(dòng)打氣皮囊來改變氣室內(nèi)壓強(qiáng)，由于皮囊打進(jìn)的是空氣，這只能測量空氣的折射率，應(yīng)用范圍較小，不適用于任意氣體折射率的測量。此外，在讀氣壓計(jì)上壓強(qiáng)的讀數(shù)時(shí)，由于是指針顯示氣壓數(shù)值，氣壓變化不大時(shí)讀數(shù)差別不大，應(yīng)當(dāng)待小氣室內(nèi)的空氣壓強(qiáng)穩(wěn)定不變即氣壓計(jì)上的讀數(shù)穩(wěn)定不再變化后再進(jìn)行讀數(shù)，這有時(shí)也會(huì)給測量帶來較大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)問題而產(chǎn)生的。本發(fā)明的目的是提出一種測量氣體折射率的方法和裝置，其能夠測量任意氣體的折射率，同時(shí)還能實(shí)時(shí)采樣壓強(qiáng)的變化并在顯示器上以數(shù)字化顯示。
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種測量氣體折射率的裝置，包括邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜干涉儀包括反射鏡和導(dǎo)軌；其中所述裝置還包括氣室，用于集取待測氣體；螺管，用于將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上，由此使得氣室位于反射鏡所在的光路上；真空泵，用于采用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減??；其中，變化的壓強(qiáng)用于測量氣體的折射率。
[0007]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括過濾器，用于凈化真空泵抽出的氣體。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓傳感器，用于感應(yīng)氣室內(nèi)的壓強(qiáng)變化，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后通過接口輸出給氣壓顯示裝置進(jìn)行顯示。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括導(dǎo)氣管，其中所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導(dǎo)氣管相連接。[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示 裝置包括A/D轉(zhuǎn)換電路、主控制器、存儲(chǔ)器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中 A/D轉(zhuǎn)換電路，用于通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信 號給主控制器；主控制器，用于接收到來自A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號后，將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器 中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用于給用戶提供查詢功 能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲(chǔ)器中的氣壓信息。[0011]本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種氣體折射率的測量方法，包括在氣室中采集待測氣 體；將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上；調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀，產(chǎn)生干涉條紋并通過 氣室；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減?。换诟缮鏃l紋隨氣 室里的壓強(qiáng)變化而變化，由此計(jì)算出氣體的折射率。[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明的采用氣體折射率的測量方法采用以下公式來計(jì)算氣體的折射 率:[0013]n。= ; * t+l;其中，N為條紋移動(dòng)個(gè)數(shù)，λ為待測氣體的波長,L為氣室有效長2L Ap度，Po為室溫下常壓，Λρ為氣室壓強(qiáng)的變化量。[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的測量氣體折射率的方法和裝置具有以下有益效 果:[0015](I)本發(fā)明的測量氣體折射率的方法和裝置能夠測量任意氣體的折射率，由此大 大提高了邁克爾遜干涉儀的應(yīng)用范圍。[0016](2)本發(fā)明的測量氣體折射率的方法和裝置能實(shí)時(shí)采樣壓強(qiáng)的變化，并且采用自 動(dòng)數(shù)字化的數(shù)顯模式，能夠完整記錄測量所需的數(shù)據(jù)并能減少測量時(shí)間，方便測量中對數(shù) 據(jù)的處理、記錄和查詢，操作簡便，顯著提高測量的效率?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0017]結(jié)合隨后的附圖，從下面的詳細(xì)說明中可顯而易見的得出本發(fā)明的上述及其他目 的、特征及優(yōu)點(diǎn)。在附圖中:[0018]圖1-2示出了根據(jù)本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置的功能組成框圖；[0019]圖3示出了采用本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置進(jìn)行氣體折射率測量的方法流 程圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0020]為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一 步詳細(xì)地說明。[0021]本發(fā)明提供了一種測量氣體折射率的裝置，包括:邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜 干涉儀包括反射鏡和導(dǎo)軌；其中所述裝置還包括氣室，用于集取待測氣體；螺管，用于將氣 室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上，由此使得氣室位于反射鏡所在的光路上；真空泵，用于 采用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小；其中，變化的壓強(qiáng)用于測量 氣體的折射率。[0022]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括過濾器，用于凈化真空泵抽出的氣體。[0023]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓傳感器，用于感應(yīng)氣室內(nèi)的壓強(qiáng)變化，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后通過接口輸出給氣壓顯示裝置進(jìn)行顯示。[0024]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括導(dǎo)氣管，其中所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導(dǎo)氣管相連接。[0025]進(jìn)一步地，本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置還包括氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示裝置包括A/D轉(zhuǎn)換電路、主控制器、存儲(chǔ)器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中 A/D轉(zhuǎn)換電路，用于通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號給主控制器；主控制器，用于接收到來自A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號后，將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用于給用戶提供查詢功能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲(chǔ)器中的氣壓信息。[0026]下面，參考圖1-2，對根據(jù)本發(fā)明的測量 氣體折射率的裝置進(jìn)行詳細(xì)介紹。[0027]本發(fā)明的測量氣體折射率的裝置包括:邁克爾遜干涉儀8，氣室10，真空泵11，螺管12，氣壓傳感器13，導(dǎo)氣管24，過濾器26，氣壓接口 30，以及旋鈕40。其中:[0028]邁克爾遜干涉儀8包括反射鏡9和導(dǎo)軌33。[0029]氣室10，用于集取待測氣體。其中，待測氣體可以是有待測量的任意氣體。[0030]螺管12，用于將氣室10連接在邁克爾遜干涉儀8的導(dǎo)軌33上，[0031]由此使得氣室10位于反射鏡9所在的光路上。[0032]真空泵11，用于在旋鈕40處于打開狀態(tài)下時(shí)，采用排氣法從氣室10中緩慢抽氣， 由此使得氣室10內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小，變化的壓強(qiáng)用于測量氣體的折射率。[0033]過濾器26，用于凈化真空泵11抽出的氣體，由此防止有污染的氣體溢出。[0034]氣壓傳感器13，用于感應(yīng)氣室10內(nèi)的壓強(qiáng)變化，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號通過接口 30輸出給氣壓顯示裝置。在本發(fā)明中，氣壓顯示裝置包括:A/D轉(zhuǎn)換電路、主控制器、存儲(chǔ)器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器。其中，A/D轉(zhuǎn)換電路將從接口 30接收到的電壓信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號給主控制器；主控制器接收到來自A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號后，將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息。另外， 用戶也可以通過查詢接口來查詢保存在存儲(chǔ)器中的氣壓信息。[0035]其中，氣室10、真空泵11、過濾器26、氣壓傳感器13之間通過導(dǎo)氣管24相連接。[0036]此外，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種氣體折射率的測量方法，包括在氣室中采集待測氣體；將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上；調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀，光經(jīng)過氣室產(chǎn)生干涉條紋；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減?。换诟缮鏃l紋隨氣室里的 壓強(qiáng)變化而變化，由此計(jì)算出氣體的折射率。[0037]進(jìn)一步地，本發(fā)明的采用氣體折射率的測量方法采用以下公式來計(jì)算氣體的折射率:Νλ & Pn , 1[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種測量氣體折射率的裝置，包括邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜干涉儀包括反射鏡和導(dǎo)軌，其特征在于，所述裝置還包括:氣室，用于集取待測氣體；螺管，用于將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上，由此使得氣室位于反射鏡所在的光路上；真空泵，用于采用排氣法從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減??；其中，變化的壓強(qiáng)用于測量氣體的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括:過濾器，用于凈化真空泵抽出的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括:氣壓傳感器，用于感應(yīng)氣室內(nèi)的壓強(qiáng)變化，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后通過接口輸出給氣壓顯示裝置進(jìn)行顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括導(dǎo)氣管，其中:所述氣室、真空泵、過濾器、氣壓傳感器之間通過導(dǎo)氣管相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量氣體折射率的裝置，其還包括所述氣壓顯示裝置；所述氣壓顯示裝置包括A/D轉(zhuǎn)換電路、主控制器、存儲(chǔ)器、查詢接口、顯示器控制電路、以及顯示器，其中:A/D轉(zhuǎn)換電路，用于通過接口接收來自氣壓傳感器的電壓信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號給主控制器；主控制器，用于接收到來自A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號后，將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)顯示器控制電路在顯示器上顯示氣壓信息；查詢接口，用于給用戶提供查詢功能，使得用戶能通過該查詢接口來查詢保存在存儲(chǔ)器中的氣壓信息。
6.一種利用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述測量氣體折射率的裝置進(jìn)行氣體折射率測量的方法，所述方法包括以下步驟:在氣室中采集待測氣體； 將氣室連接在邁克爾遜干涉儀的導(dǎo)軌上；調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀，產(chǎn)生干涉條紋；通過真空泵從氣室中緩慢抽氣，由此使得氣室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減?。换诟缮鏃l紋隨氣室里的壓強(qiáng)變化而變化，由此計(jì)算出氣體的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中采用以下公式來計(jì)算氣體的折射率:^ =+ 其中，N為干涉條紋“涌現(xiàn)”或“吞進(jìn)”的個(gè)數(shù)，λ為待測氣體的波長，L為氣室有效長度，P0為室溫下常壓，Λ P為氣室壓強(qiáng)的變化量。
【文檔編號】G01N21/45GK103558185SQ201310504665
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】李偉, 王啟銀, 臧天權(quán), 趙銳, 張堯, 蘇彥軍, 張小龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山西省電力公司大同供電分公司