[發明專利]一種矢量光場導模增強型流體成分檢測方法

在審

• 申請號: 201910191435.1
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN111693461A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 王冠學;李月;苗玉;單新治;高秀敏
• 申請（專利權）人: 量敏傳感技術（上海）有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種矢量光場導模增強型流體成分檢測方法，激光器所出射的光在數值孔徑一定的情況下，經過透鏡進行準直，通過偏振片和半波片進行旋轉，經過空間光調制器相位和振幅調制過的相位板后出射，進入光場導模器，在光場導模器內部經多次全反射，通過光場導模器表面的微納結構在每一次反射時進行光增強，而后攜帶被檢測信息出射，通過光場矢量特性濾波元件后進入檢測模塊，得到含有流體成分參數信息的光譜數據。該方法具有方法簡便、實時性好、靈敏度高、信息全面、可靠性高等特點。

技術領域

本發明涉及一種流體成分檢測方法，特別是一種矢量光場導模增強型流體 成分檢測方法，屬于成分檢測技術領域。

背景技術

流體是能流動的物質，它是一種受任何微小剪切力的作用都會連續變形的 物體。流體是液體和氣體的總稱。流體成分檢測需求廣泛存在于環境分析、資 源勘探、食品安全、生命科學、醫學醫療、工業過程控制、國防安全等許多領 域，并且這些領域對流體成分檢測的靈敏度要求也越來越高。水中物質分析檢 測技術是流體成分檢測一個具有代表性的實際應用案例，水資源是人類社會發 展不可或缺并且不可替代的重要資源之一，對社會經濟的發展以及人們的日常 生活與生產都發揮著保障的作用。當前人類社會中的水資源危機問題已經直接 對經濟的發展起到了限制的作用并且影響著人類的正常生活，所以正視水資源 危機以及重視水資源問題具有緊迫性與必要性。而在對水資源質量的調查與把 控中，水質分析發揮著重要的作用，對水質進行分析檢測，保證生產生活的用 水質量有著重要的意義。

在先技術中，存在流體成分檢測技術，例如水質分析儀，國內外多家公司 存在市場流通檢測技術產品，例如美國哈希公司、日本島津公司、奧地利是能 公司、國內聚光公司、先河公司等，現有技術可以測量流體成分，但是存在一 些本質不足：1)檢測方法復雜，采樣式水質分析儀，需要把被檢測水采樣進 行預處理，然后利用化學或物理的檢測原理進行分析，并且需要更換試劑等流 程，對操作人員要求高，使用不便利，方法復雜，存在二次環境污染的可能；2) 在先技術采用化學試劑反應，或者物理光學光譜檢測等，在檢測過程中不存在 有用信息級聯方法效應，所以分析檢測的靈敏度有限，并且容易收到干擾，影 響檢測技術使用的可靠性；3)結構復雜、難于集成、功能不易拓展。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術的不足，提供一種矢量光場導模增強型流 體成分檢測方法，具有使用方便、方法簡單、靈敏度高、可靠性高、信息全面、 穩定性高、成本低、便于集成和小型化、實時性好、功能易于擴充等特點。

本發明的技術方案是：一種矢量光場導模增強型流體成分檢測方法，包括 光束調控模塊、光場導模器、光場矢量特性濾波元件、探測模塊，其特征在于： 所述的激光器所出射的光在數值孔徑一定的情況下，經過透鏡進行準直，通過 偏振片、半波片進行旋轉，通過已經經過空間光調制器相位和振幅調制過的相 位板后出射，進入光場導模器，其基本原理為光學級聯全反射原理。光場穿透 被檢測流體表面一定深度后反射，部分入射光場被吸收，在反射光場中相應頻 率的部分形成吸收帶，生成了攜帶流體成分參數信息的內反射光譜。穿透深度d_P的計算公式為

式中：λ₁為光場在反射介質中的波長；θ為入射角，n₁、n₂分別為光場導模器 和樣品的折射率。d_P與λ₁成正比，在長波時因穿透深度大而使吸收峰的峰強增 大。所述的光場導模器為上面具有微納結構的導模增強型器件，在每一次反射 時進行光的一次增強。在出射方向上加入光場矢量特性濾波元件，繼而向探測 模塊輸出高質量的流體成分參數。

所述光束調控模塊的激光器為VCSEL激光器、DFB激光器、半導體激光器中 的一種。

所述光束調控模塊的透鏡為雙膠合透鏡、雙凸透鏡、平凸透鏡中的一種， 材料為玻璃、石英、氟化鈣中的一種。

所述光束調控模塊的偏振片的材料為玻璃、石英中的一種。