[發明專利]用于檢測液體折射率的傳感器有效

申請號：	201310360490.1	申請日：	2013-08-16
公開（公告）號：	CN103424377A	公開（公告）日：	2013-12-04
發明（設計）人：	裴梓任;黃元申;王中飛;凌進中;王琦;張大偉;莊松林	申請（專利權）人：	上海理工大學
主分類號：	G01N21/41	分類號：	G01N21/41
代理公司：	上海脫穎律師事務所 31259	代理人：	脫穎
地址：	200093 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	用于檢測液體折射率傳感器
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種傳感器，特別涉及一種高精度測量液體折射率的傳感器。

背景技術

折射率是透明液體的重要光學參數之一，利用折射率不僅可以了解液體的光學性能，而且還有助于了解液體的純度、濃度以及色散等其它物理性質。其它的一些參數也與折射率密切相關，在化工、醫藥、食品、生物、石油等工業部門以及高校研究所實驗中，經常要測定一些液體的折射率和濃度，因此，對液體折射率的精確測量，在許多研究領域都有重要意義。

目前，液體折射率測量方法大致可分為幾何光學法和波動光學法。幾何光學法是根據折射定律、全反射定律，通過準確測量有關角度及距離來求解折射率，此如最小偏向角法、全反射法、掠入射法、位移法等，其中最有代表性的是應用廣泛、技術較為成熟的阿貝折射儀。阿貝折射儀直接測量是臨界角，臨界角的測量必須有一個過程，即通過調節折射角，找出視場中臨界光線對應的角度。臨界角法受到儀器中折射棱鏡自身材料折射率和頂角的限制，無法測量折射率較大和較小的物質。另外，阿貝折射儀中的直接測量量為角度，相對直線距離測量，角度測量復雜，精度也難以提高，更難提高精確度，因此該儀器屬于非實時測量儀，可參見例如中國專利申請CN200910198516.0。

波動光學法是根據光通過介質后其位相或偏振狀態的變化與介質的折射率有關的原理來測量液體折射率，如布儒斯特角法，干涉法，衍射法等。這些方法雖然能提高測量精度，但其精度不僅受顯微鏡精度影響，而且條紋極值需要人眼分辨，受主觀影響較大，無法滿足高精度測量要求。表面等離子體傳感器和拉曼光譜等一些新技術，雖然可以測量，但是這些方法價格昂貴并且對液體不易操作。

在恒溫條件下，液體的折射率的大小受其濃度的影響，因此可以測量折射率值來分析該液體的濃度，這在環境檢測水質中含重金屬等各種污染物的含量、微生物發酵中檢測蛋白質、葡萄糖、氨基酸等微量物質濃度有很大的應用前景。但是，液體在濃度很小或者濃度變化不是很大的情況下，其折射率值變化很微小，而現有的測量方法對微量物質折射率的檢測精度不高，可參見例如中國專利申請CN200710066016.2。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種傳感器，其能夠克服上述現有技術的某種或某些問題。

根據本發明的傳感器包括：

第一金屬光柵偏振器，包含透明平面基底以及在基底上形成的金屬光柵層；

第二金屬光柵偏振器，與第一金屬光柵偏振器結構完全相同，并布置成與第一金屬光柵偏振器平行隔開并成正對關系；

設置在第一金屬光柵偏振器外側的光源，光源發出的光線具有恒定入射光強且垂直透過第一金屬光柵偏振器并指向第二金屬光柵偏振器；以及

設置在第二金屬光柵偏振器外側的光電探測器，用于檢測透過第二金屬光柵偏振器的光線的出射光強。

根據本發明的傳感器結構簡單、靈敏度高、檢測實時、并且制作簡單，可廣泛應用于化工、醫藥、食品、生物工程、石油等工業來檢測液體折射率。

在本發明的一個具體實施例中，傳感器還可以包括覆蓋在第一金屬光柵偏振器的金屬光柵層上的第一透明蓋片以及覆蓋在第二金屬光柵偏振器的金屬光柵層上的第二透明蓋片，其中第一透明蓋片與第二透明蓋片相互面對。

在本發明的替代性實施例中，傳感器還可以包括覆蓋在第一金屬光柵偏振器的基底上的第一透明蓋片以及覆蓋在第二金屬光柵偏振器的基底上的第二透明蓋片，其中第一透明蓋片與第二透明蓋片相互面對。

在本發明的優選實施例中，第一金屬光柵偏振器的基底與第二金屬光柵偏振器的基底也可以直接相互面對。

在本發明的一個優選實施例中，光源為波長600nm的單色激光二極管。