专利名称：透明溶液浓度磁光检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透明溶液浓度磁光检测装置及其工作原理，属于光电检测、光电 传感和光信息处理的技术领域。
背景技术：
磁性是物质的基本物理属性之一，通过对物质磁性的检测研究可以了解物质的某 些参量变化，比如对于含有顺磁溶质的溶液磁旋光角的检测可以了解溶液的浓度信息。磁 光学是一门古老而又经久不衰的学科，其在光学检测及光电传感领域的应用越来越广泛； 其中应用最多的是法拉第磁旋光效应，包括电流传感器、磁场传感器、磁光隔离器、磁光环 行器等遍及光检测、光传感、光通信等多个光学领域。在化工、食品和医疗卫生等工业领域，常常需要对溶液的浓度进行检测，溶液的浓 度与其许多物理量都有相互关系，如比重、电导率、折射率、声速、旋光性、维尔德常数等，因 此原则上可以用其中某一物理量的变化来表征溶液浓度的变化。目前对于溶液浓度的检测 方法研究较深入，精度也达到一定要求；但利用磁光技术检测溶液浓度的研究较少，且一般 的检测方法没有解决混合溶液浓度的检测问题，现有的部分混合溶液浓度检测技术装置较 复杂[1]，并且一般采用侵入式的检测方法容易对溶液造成污染。本发明专利基于法拉第磁 光效应原理，提出分离检测溶质维尔德常数的方法，对含有顺磁性或者抗磁性溶质的溶液 浓度进行检测。该检测技术可以用于检测含有单一成分溶质的透明溶液浓度或者含有多种 顺磁性或抗磁性溶质的透明混合溶液中各种溶质的浓度。该方法通过分离检测溶质的维尔 德常数直接得到溶质的维尔德常数与浓度之间的定标关系，消除了溶剂和容器等背景旋光 的影响，结合顺磁性或抗磁性溶质维尔德常数的色散特性[2]，还可以用于检测多种溶质混 合溶液浓度；采用磁光调制的信号处理技术提高了系统的检测灵敏度；采用两路信号相除 的方法消除了光源发光功率不稳定和光强吸收因素的影响；采用非接触的检测方法，对溶 液无污染；该技术将在溶液浓度检测领域获得较好的应用。参考文献[1]孙选，徐可欣，艾长胜等.基于多元液体浓度传感器的牛奶成分浓度检测技术 [J].传感技术学报，2006，19 (4) :966 969[2]刘公强，乐志强，沈德芳等.磁光学[M].上海上海科学技术出版社，2001 42 44[3]曾爱军，王向朝，董作人等.光弹调制器在偏振方向调制中的应用[J].中国激 光，2005，32 (8) 1063 1066[4]李成仁，吕翎等.用法拉第效应测液体浓度[J].辽宁师范大学学报(自然科 学版)，1996，19 (3) 259 26
发明内容
技术问题本发明的目的在于提出一种基于溶质维尔德常数分离检测的透明溶液浓度磁光检测装置，解决利用磁光技术在液体浓度检测中存在的背景磁旋光的影响问题。 同时结合顺磁性或抗磁性溶质的维尔德常数的色散特性，提出利用磁光技术解决混合溶液 的浓度检测问题。技术方案本发明的透明溶液浓度磁光检测装置包括顺序排列的激光器、起偏器、 第一透明容器和第二透明容器、交流磁光调制器、检偏器、光电探测器、信号调理器以及微 机处理与显示单元，静磁场位于第一透明容器和第二透明容器旁；由激光器发出光束顺序 经过起偏器、第一透明容器和第二透明容器、交流磁光调制器、检偏器到达光电探测器，由 光电探测器采集光强信号转换为光强电信号输出到信号调理器，信号调理器将光电探测器 输出的光强电信号中直流分量和二倍频分量分离，分离后的直流分量和二倍频分量分别输 入到微机处理显示单元。所述的第一透明容器和第二透明容器采用完全相同的透明容器，第一透明容器中 存放透明溶液，第二透明容器中存放透明溶剂。所述的位于第一透明容器与位于第二透明容器旁的静磁场，磁场强度大小相等， 方向相反，磁力线与光线平行。所述检偏器和起偏器透振方向置于互相垂直位置。本发明的一种透明溶液浓度磁光检测技术装置如

图1所示。图中激光器采用激 光光源，发出的激光经过起偏器变为平面偏振光后入射至第一透明容器和第二透明容器， 第一透明容器存放待测溶液，第二透明容器存放溶剂，第一透明容器和第二透明容器分别 置于静磁场的左右两部分当中，左右两部分磁场大小相等，方向相反，磁力线与入射光线平 行，第一透明容器中产生的磁旋光角度为溶质、溶剂和容器三者之和，第二透明容器中产生 的磁旋光角度为溶剂和容器两者之和。由于第一透明容器和第二透明容器分别置于大小 相等、方向相反的磁场中，根据磁光效应相关原理，第一透明容器和第二透明容器中的容器 和溶剂所产生的磁旋光角互相抵消，因此入射的线偏振光经过第一透明容器和第二透明容 器后总的磁旋光角度由第一透明容器中溶质产生，达到分离检测溶液中溶质磁旋光角的目 的，进而得到溶质的维尔德常数。经过第二透明容器后的线偏振光携带了溶质的磁旋光角度再入射至交流磁光调 制器，通过检偏器后的光强由光电探测器接收，光电探测器将得到的光强信号输入至信号 调理器，信号调理器分离出光强信号中的直流分量和二倍频分量[3]，分别输入到微机处理 与显示单元，微机将直流分量与二倍频分量的有效值进行相比较即可计算出溶质的磁旋光 角度。给磁光调制器通以交流电信号i = i0 sin cot，从而产生交变磁场H = H0Sin ω t, 产生的交变磁旋光角度为δ = 50sin to设溶质所产生的磁旋光角度为θ，则总的磁旋 光角度为(θ+ StlSin cot)，设经过起偏器的初始入射光强为I。，考虑(θ+ SciSincot)较小， 则通过检偏器的光强为I = I0 Sin2(Θ+S) ^I0(θ2+^ + 2θδ0 smat-^·cos2ω ⑴其中，炉是直流分量，2 θ SciSincot是基频分量，^C0S2纽是二倍频分
量，为了消除光源发光功率不稳定所带来的影响以及消除光的吸收因素等。将直流分量和倍频分量的有效值相比较得到(不考虑电路增益)相对光强值
权利要求
一种透明溶液浓度磁光检测装置，其特征在于该检测装置包括顺序排列的激光器(1)、起偏器(2)、第一透明容器(3)和第二透明容器(4)、交流磁光调制器(6)、检偏器(7)、光电探测器(8)、信号调理器器(9)以及微机处理与显示单元(10)，静磁场(5)位于第一透明容器(3)和第二透明容器(4)旁；由激光器(1)发出光束顺序经过起偏器(2)、第一透明容器(3)和第二透明容器(4)、交流磁光调制器(6)、检偏器(7)到达光电探测器(8)，由光电探测器(8)采集光强信号转换为光强电信号输出到信号调理器器(9)，信号调理器(9)将光电探测器(8)输出的光强电信号中直流分量和二倍频分量分离，分离后的直流分量和二倍频分量分别输入到微机处理显示单元(10)。
2.根据权利要求1所述的透明溶液浓度磁光检测装置，其特征在于所述的第一透明容 器(3)和第二透明容器(4)采用完全相同的透明容器，第一透明容器(3)中存放透明溶液， 第二透明容器⑷中存放透明溶剂。
3.根据权利要求1所述的透明溶液浓度磁光检测装置，其特征在于所述的位于第一透 明容器(3)与位于第二透明容器(4)旁的静磁场(5)，磁场强度大小相等，方向相反，磁力线 与光线平行。
4.根据权利要求1所述的透明溶液浓度磁光检测装置，其特征在于所述检偏器(7)和 起偏器(2)透振方向置于互相垂直位置。
全文摘要
透明溶液浓度磁光检测装置包括顺序排列的激光器(1)、起偏器(2)、第一透明容器(3)和第二透明容器(4)、交流磁光调制器(6)、检偏器(7)、光电探测器(8)、信号调理器(9)以及微机处理与显示单元(10)，静磁场(5)位于第一透明容器(3)和第二透明容器(4)旁；由激光器(1)发出光束顺序经过起偏器(2)、第一透明容器(3)和第二透明容器(4)、交流磁光调制器(6)、检偏器(7)到达光电探测器(8)，由光电探测器(8)采集光强信号转换为光强电信号输出到信号调理器(9)，信号调理器(9)将光电探测器(8)输出的光强电信号中直流分量和二倍频分量分离，分离后的直流分量和二倍频分量分别输入到微机处理显示单元(10)。
文档编号G01N21/21GK101995379SQ20101050546
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者梁忠诚, 沈骁 申请人:南京邮电大学