一種在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體和液體折射率的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物理測(cè)量技術(shù)、材料、化工等領(lǐng)域，特別涉及一種在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體和 液體折射率的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 折射率是物質(zhì)的重要物理參數(shù)，它反映了物質(zhì)內(nèi)部的許多信息，在生產(chǎn)和科研領(lǐng) 域，往往需要測(cè)定折射率。
[0003] 目前，可用于測(cè)量折射率的儀器有阿貝折射儀、V棱鏡折射儀、分光計(jì)、各種干涉儀 (如邁克爾遜干涉儀、法布里-珀羅干涉儀、馬赫-曾德干涉儀以及牛頓環(huán)等）和橢圓偏振 光折射儀（簡(jiǎn)稱(chēng)"橢偏儀"）等。但是這些儀器因?yàn)楦鞣N各樣的原因，并不適合對(duì)高溫熔體 的折射率進(jìn)行快速簡(jiǎn)便地在線(xiàn)測(cè)量。它們有的測(cè)量范圍受限制，如阿貝折射儀和V棱鏡折 射儀對(duì)液體的測(cè)量范圍為1. 3~1. 7 ;有的對(duì)被測(cè)樣品加工要求高，如V棱鏡折射儀和分光 計(jì)所測(cè)固體材料要制成要求較高的棱鏡，各種干涉儀對(duì)樣品尺寸要求也較為苛刻；有的儀 器裝置復(fù)雜，調(diào)節(jié)和計(jì)算工作量大，如橢偏儀根據(jù)消光現(xiàn)象設(shè)計(jì)，可以測(cè)薄膜的厚度和復(fù) 折射率，經(jīng)過(guò)改造后也可以測(cè)熔體折射率，但數(shù)據(jù)處理過(guò)程需要通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn) 算復(fù)雜。另外，以上方法都是通過(guò)光的透射進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于不透明物質(zhì)的折射率測(cè)量問(wèn)題束 手無(wú)策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體和 液體折射率的裝置與方法，可精確簡(jiǎn)便地快速在線(xiàn)測(cè)量出熔體（可至1500°c高溫）和液體 的折射率。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體和液體折射率的裝置，包括四個(gè)頂點(diǎn)依次為ABCD的菱形 框架1，菱形框架1的頂點(diǎn)A通過(guò)滑動(dòng)裝置設(shè)置于帶有長(zhǎng)度刻度值的Y向立柱2上，菱形框 架1的頂點(diǎn)C固定于與Y向立柱2垂直的X向水平軸上，且頂點(diǎn)C位于頂點(diǎn)A的正下方，在 頂點(diǎn)C下方設(shè)置有用于盛放待測(cè)量熔體的坩堝3,坩堝3的頂蓋上沿中心開(kāi)有一條縫隙，菱 形框架1的BC邊上設(shè)置有激光光源4,菱形框架1的⑶邊上設(shè)置有檢偏器5和光電探測(cè)器 6,其中檢偏器5與頂點(diǎn)C之間的距離比光電探測(cè)器6與頂點(diǎn)C之間的距離小。
[0007] 所述菱形框架1的邊長(zhǎng)為210mm，菱形框架1的頂點(diǎn)A的有效行程為500mm，所述Y 向立柱2上長(zhǎng)度刻度值的精度為0. 01mm，所述激光光源4發(fā)射波長(zhǎng)范圍為620nm~700nm 的紅光，所述i甘堝3的深度為30mm，內(nèi)徑30mm。
[0008] 本發(fā)明還提供了利用所述裝置在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體和液體折射率的方法，包括如下 步驟：
[0009] 步驟1，用阿貝折射儀測(cè)出常溫下水的折射率，并計(jì)算出自然光從空氣入射到水的 基準(zhǔn)布儒斯特角；
[0010] 步驟2,將同樣的水放于坩堝3內(nèi)，上下滑動(dòng)所述滑動(dòng)裝置使得菱形AB⑶的BC邊 與Y向立柱2的夾角為基準(zhǔn)布儒斯特角，記錄此時(shí)的頂點(diǎn)A的坐標(biāo)，令入射光沿BC邊從坩 堝3上的縫隙射入空氣與水的分界面；
[0011] 步驟3，以反射光為軸，旋轉(zhuǎn)檢偏器5的偏振片，觀察光電探測(cè)器6測(cè)得的反射光功 率，當(dāng)功率值最小時(shí)，固定檢偏器5的偏振片，不再旋轉(zhuǎn)，此時(shí)檢偏器5的偏振化方向平行于 入射面，只允許P偏振分量通過(guò)；
[0012] 步驟4,倒出坩堝3內(nèi)的水，放入待測(cè)高溫熔體或液體，當(dāng)放入高溫熔體時(shí)，加熱使 其熔化；
[0013] 步驟5,上下滑動(dòng)所述滑動(dòng)裝置使得入射角i為45°，記錄此時(shí)的頂點(diǎn)A的坐標(biāo)， 向下滑動(dòng)所述滑動(dòng)裝置使得入射角i從45°開(kāi)始逐漸增大，同時(shí)觀察反射光功率值，當(dāng)功 率值< 0. 2 μ W時(shí)，頂點(diǎn)A的位置每改變0.0 lmm記錄一次功率值，直到功率值呈現(xiàn)先減小后 增大的趨勢(shì)；
[0014] 步驟6,從所記錄的反射光功率值中找出極小值以及對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)A的坐標(biāo)值，由幾 何關(guān)系計(jì)算出光從空氣入射到待測(cè)高溫熔體或液體的布儒斯特角i b，空氣的折射率Ii1= 1， 由公式tanz'* 得到待測(cè)高溫恪體或液體的折射率n2= tan i b。 ηι
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用非接觸式測(cè)量，不會(huì)污染儀器，且測(cè)量范圍寬，測(cè)量 過(guò)程及數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便快捷。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明所基于的布儒斯特定律原理圖，光線(xiàn)上的圓點(diǎn)代表光矢量垂直于入 射面振動(dòng)的成分，小垂直線(xiàn)代表光矢量平行于入射面振動(dòng)的成分。
[0017] 圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0019] 本發(fā)明所基于的原理為布儒斯特定律，布儒斯特定律如圖1所示，圖中符號(hào)?代表 光矢量垂直于入射面振動(dòng)（S偏振分量）的成分，符號(hào)I代表光矢量平行于入射面振動(dòng)（P 偏振分量）的成分。光在兩種介質(zhì)（設(shè)折射率分別為I^n2，如圖1)的分界面處發(fā)生反射 時(shí)，反射光R中一般包含s偏振分量和p偏振分量?jī)煞N成分，這兩種成分的比例隨入射角的 變化而變化。只有當(dāng)入射角為布儒斯特角i b時(shí)，反射光是線(xiàn)偏振光，只包含S偏振分量，而 P偏振分量強(qiáng)度為零，且反射光R與折射光T垂直，則有
[0020] tan//; =- ( 1) ?1
[0021] 若ijP η丨已知，可由（1)式計(jì)算出η 2·
[0022] 化和η 2分別是分界面上下兩種介質(zhì)的折射率，熔體或液體上方為空氣時(shí)，n i便是 空氣的折射率，其值為ηι= 1，而η 2是待測(cè)熔體或液體的折射率，實(shí)驗(yàn)測(cè)出布儒斯特角i b 后，用布儒斯特定律可求出n2。
[0023] 根據(jù)上述布儒斯特定律所給出的反射光的偏振特性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種在線(xiàn)測(cè)量 高溫熔體和液體折射率的裝置。如圖2所示，裝置包括四個(gè)頂點(diǎn)依次為ABCD的邊長(zhǎng)為210_ 的菱形框架1，各個(gè)頂點(diǎn)處均以轉(zhuǎn)動(dòng)軸相接，從而使各邊可轉(zhuǎn)。菱形框架1的頂點(diǎn)A通過(guò)滑 動(dòng)裝置設(shè)置于帶有精度為〇. Olmm的長(zhǎng)度刻度值的Y向立柱2上，頂點(diǎn)A可通過(guò)滑軌沿Y向 立柱2上下移動(dòng)，有效行程為500mm，位置坐標(biāo)可直接讀出。菱形框架1的頂點(diǎn)C固定于與 Y向立柱2垂直的X向水平軸上，且頂點(diǎn)C位于頂點(diǎn)A的正下方，當(dāng)頂點(diǎn)A上下移動(dòng)時(shí)，菱形 ABCD的BC邊和CD邊繞Z向水平軸做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024] 在頂點(diǎn)C下方通過(guò)升降裝置設(shè)置有用于盛放待測(cè)量熔體的坩堝3,其軸線(xiàn)平行于Y 向立柱2,可以進(jìn)行升降調(diào)節(jié)其高度，以保證熔體與空氣的分界面始終與頂點(diǎn)C處于同一水 平面。坩堝3的頂蓋上沿中心開(kāi)有一條