[實用新型]一種微型乙醇溶液濃度的檢測裝置

有效

• 申請號: 201820590413.3
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN208459265U
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 常建華;房久龍;劉振興;李紅旭;戴峰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本實用新型涉及一種微型乙醇溶液濃度的檢測裝置，包括：光源、輸入耦合透鏡、光子晶體、輸出耦合透鏡、光電檢測儀、顯示器；所述光源采用一定波長的激光器,激光器的選擇根據確定，a(μm)為晶格常數，ΔGap是待測溶液不同濃度下TE模對應的最大歸一化帶隙范圍中心值，λ₀是所選激光器的中心波長，調諧的波長范圍根據最大帶隙處對應的波長而定。本實用新型中一種微型乙醇濃度測量裝置靈敏度高，只要濃度有微小的變化，介電常數就會變化，進而帶隙就會發生變化，光電檢測器就可以檢測出。

技術領域

本實用新型公開一種溶液濃度的檢測裝置，尤其是一種微型乙醇溶液濃度的檢測裝置。

背景技術

乙醇俗稱酒精，是一種基礎的工業原料，廣泛應用于軍工、醫藥、化工、食品等領域。我國是產酒大國，有著歷史悠久的“酒文化”，半數以上的國人都有飲酒的習慣。適量的飲酒，不僅可以緩解疲勞和減輕心理壓力，而且可以營造愉快的氛圍，有利于人們的日常生活與工作。眾所周知，市場上酒的品種繁多，而品質卻差別很大。酒的品質主要取決于生產過程中發酵產品質量的控制，而乙醇濃度的測定是酒以及相關發酵產品質量控制的關鍵之一。乙醇濃度是發酵過程中重要的過程參數，直接影響著發酵過程的控制、優化以及發酵產品的質量和產量。在工業領域，燃料乙醇是“十五”示范工程重大項目，我國將大力發展燃料乙醇。因此研制乙醇濃度的測量裝置很有必要，特別是微型乙醇濃度的測量裝置。

目前國內外關于乙醇濃度的測量方法有：折光率法、密度瓶法、酒精計法、化學氧化法、分光光度分析法、近紅外光譜法、熒光光度法、激光拉曼光譜法、微生物電極等方法。折光率法利用乙醇與甲醇物理性質的差異，但精度不高；密度瓶法測量精確度高，但操作繁瑣費時，分析時間較長；酒精計法操作簡易快速，是乙醇測定的常用方法，但抗干擾性能差；化學氧化法與分光光度分析法使用儀器簡便，操作簡單；近紅外光譜法具有無污染、無破壞性、無前處理、方便快捷等優點，但集成度不高；熒光光度法線性范圍寬、靈敏度較高、選擇性好，但需要嚴格控制溫度；激光拉曼光譜法所需儀器昂貴，不適合現場的快速檢測；微生物電極法重現性、選擇性較好，可跟蹤監測，但電極壽命低。因此，研制一種具有高集成度、高精確性、無污染、室溫可操作的乙醇濃度測量裝置和方法對工業、食品等領域具有重大的意義。

發明內容

本實用新型的目的是利用光子晶體的禁帶特征，設計并制作了一種濃度檢測裝置，本裝置核心技術是利用光子晶體的禁帶特征，并以此構建檢測裝置。將光子晶體設計成二維三角晶格、硅介質柱、空氣背景材料。通過選用單晶硅為基底材料，利用掩膜、HBr等離子刻蝕的方法制備光子晶體。硅介質柱與晶格常數都是微米級，易于集成封裝。該檢測裝置具有較高的靈敏度。同時，因為檢測過程中既不涉及化學變化，也不引入其他的雜質，所以本檢測裝置還具有清潔、無污染等優點。本檢測裝置既可以獨立成品，進行離線檢測，也可以封裝在容器底部，進行在線實時檢測。

本實用新型提到的光子晶體禁帶特征是根據本實用新型中設計的光子晶體參數利用平面波展開法進行研究的。在二維光子晶體結構中，介質柱(或者空氣孔)是均勻排列而成的，在與介質柱(或者空氣孔)垂直的方向上介電常數是周期性排列的。無源空間中，電磁波在光子晶體(各向同性無耗無磁性)內傳播可用下面兩個波動方程描述：

將周期函數展開為傅立葉級數形式：

式中為第一布里淵區中的波矢量，為晶格二維倒格矢。將上述三個式子代入波動方程化簡得到

TE模式本征方程：

TM模式本征方程：

對于三角晶格的光子晶體，上述本征方程中的介電常數可表示為