专利名称：一种利用ofdm信号进行折射率测量的装置及方法
技术领域：
本发明属于折射率测量技术领域，涉及一种利用光OFDM信号进行折射率测量的装置和方法，该技术可以实现超快速度和超高精度的液体折射率测量，同时可以实现对折射率变化的动态监测，为生物化学等学科实验提供一种全新的监测待测溶液折射率参数方法。
背景技术：
液体的折射率是液体的一个基本物理参数。液体的很多重要参量(如密度、浓度等)的变化都会导致液体折射率发生变化，通过测量折射率可以计算出液体的这些参量。在食品加工、医疗制药等涉及国计民生的行业，对液体的浓度、密度等都有较高的要求，因此，对液体折射率的准确测量具有相当重要的现实意义。现行的测量液体折射率的方法总结起来主要有几何光学法和波动光学法。但是他们都存在着相应的缺点。几何光学法测量液体折射率是利用光束到达液体介质表面发生反射、或透过液体介质发生折射等现象。实验原理是利用光的反射或折射定律，测量光束经过液体介质后的入射角或折射角度的变化来测量待测液体的折射率。现有的用几何光学方测量液体折射率的实验方法有很多种第一种用掠入射法测量液体折射率。该掠入射法是根据光的全反射原理，测量折射后的临界光线出射角，获得待测液体折射率；将待测液体(设其折射率为nx)滴加在折射率为η(ηχ > η)的直角棱镜上。如图I所示，I和2为两条掠射光线，入射光掠射在待测液体和玻璃棱镜的界面上，光束到达O点经待测液体和玻璃棱镜界面的折射从BC面射出。而平行于AB面的入射光线2以临界角a进入棱镜，然后以角β从BC面出射，待测液体的折射率表达式为nx = sin y (n2_sin2 β ) 1/2_cos y sin β第二种，用激光照射法测量液体折射率。实验时利用激光照射到液体薄层表面发生反射和折射，再测量反射、折射的偏移量来测量液体折射率。实验装置如图2所示。在空的玻璃水槽内水平放置一块平板玻璃，激光束以Θ角斜入射到玻璃板上，入射光束经玻璃板上表面反射到达右侧白纸D处形成光斑。往水槽内注入待测液体，这时在右侧白纸上形成两个亮斑，较上面的那个光斑是由玻璃上的液体薄层反射形成的光斑Α，紧随其下的光斑B是由进入待测液体和空气界面的光束折射形成的。激光束入射角正切值tan Θ = 0C/0D,只要测量出白纸上面的光斑间距AD、AB和0C、OD就可求得待测液体折射率，其表达式为
权利要求
1.一种利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，包括光OFDM信号发生器、DI探头、检测模块和显示模块，光OFDM信号发生器用于产生光OFDM信号，DI探头就是包含参考臂和信号臂的干涉时延结构，检测模块为用于完成待测液体的待测参数测量的装置，显示模块用于将所测得的结果显示给使用者； 其中由光OFDM信号发生器产生的光OFDM信号通过一个DI探头后送入检测模块进行相应处理得到待测参数，得到的所述待测参数通过显示模块显示测试结果；所述信号臂的光路将耦合进入待测液体。
2.根据权利要求I所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，检测模块所用的算法与光OFDM信号发生器产生光OFDM信号所采用的算法相关。
3.根据权利要求I所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，采用电OFDM信号发生器、光电调制器和激光源构成光OFDM信号发生器。
4.根据权利要求3所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，由OFDM电信号发生器生成的电OFDM信号，经过光电调制器调制在激光源所发出的相应光载波上，通过DI探头，由相干检测模块进行待测参数的检测；激光源发出的一路激光作为调制器的光源，激光源发出的另一路激光为检测模块提供本振信号。
5.根据权利要求I所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，所述相干检测模块是指利用光的相干性对光载波所携带的信息进行检测和处理。
6.根据权利要求I所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，以光纤MZ干涉结构来实现DI探头。
7.根据权利要求I所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，以空间MZ干涉结构来实现DI探头。
8.根据权利要求3所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置，其特征在于，以FPGA/ASIC/DSP可编辑的处理器或基于Labview软件的实时系统测量或基于Matlab/C/C++软件的离线测量来实现所述利用光OFDM信号进行折射率测量装置的具体实现。
9.使用权利要求5所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置及方法，其特征在于，在OFDM算法中，PRBS码经过串并转换后，调制映射，IFFT，加CP，并串转换步骤来形成所需的数字OFDM信号送入任意波形发生器(AWG)，AffG的作用主要是将数字信号转换为模拟信号。OFDM电信号产生器生成的模拟信号经过MZM光调制器调制到激光源所发出的光载波上后进入DI探头。在收端需要同步、串并转换、去CP、FFT后信道估计和相位估计，最终得到干涉图样相位偏移值。
10.使用权利要求5所述的利用光OFDM信号进行折射率测量的装置的方法，其特征在于，PRBS码经过串并转换、调制映射、IFFT后不用加CP，只编一帧，然后以同一帧信号循环发送，并串转换步骤来形成所需的数字OFDM信号，送入AWG生成的模拟信号经过MZM光电调制器加载到激光源所发出的光载波后进入DI探头。接收端只需要串并转换、FFT、信道估计和相位估计。无需同步和去CP等算法，大大简化了实际系统中发射机和接收机算法的复杂度，为实际应用降低了成本。
全文摘要
提出了一种利用光OFDM信号进行折射率测量的装置及方法，该装置包括光OFDM信号发生器、DI探头、检测模块和显示模块，光OFDM信号发生器用于产生光OFDM信号，DI探头就是包含参考臂和信号臂的干涉时延结构，检测模块为用于完成待测液体的待测参数测量的装置，显示模块用于将所测得的结果显示给使用者；其中由光OFDM信号发生器生成的光OFDM信号通过一个DI探头后送入到待检测模块进行相应处理后得到待测参数，得到的所述待测参数通过显示模块显示测试结果；所述信号臂的光路将耦合进入待测液体。使用本发明的装置及方法可以实现超快速度和超高精度的液体折射率测量，还可以实现对折射率变化的动态实时监测，为生物化学等学科实验提供一种全新的监测待测溶液折射率参数的方法。
文档编号G01N21/41GK102798612SQ20121027911
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者李朝晖, 鲍园, 桂韬 申请人:李朝晖