1.一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置,其特征在于,包括光源、扩束准直系统和分束镜,光源发出的光经扩束准直后,由分束镜分束,其中一束经第一平面反射镜反射形成标准光,另一束透过比色皿后,经第二平面反射镜反射形成检测光,检测光和标准光发生干涉,并由CCD探测系统采集图像,所述第一平面反射镜和第二平面反射镜形成平面反射镜劈尖,所述比色皿形成比色皿劈尖,平面反射镜劈尖和比色皿劈尖视作等效空气劈尖,比色皿中的包容物形成液体劈尖。
2.根据权利要求1所述的一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置,其特征在于,所述等效空气劈尖与液体劈尖构成双劈尖结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的装置,其特征在于,所述分束镜、第二平面反射镜和第一平面反射镜组成干涉系统。
4.基于权利要求1~3任一项所述的一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、采集多幅干涉条纹图:通过CCD探测系统采集空比色皿的干涉条纹图、比色皿装有纯水时的干涉条纹图和比色皿装有待测溶液时的干涉条纹图;
步骤二、计算步骤一采集的干涉条纹图的条纹间距:对采集的干涉条纹图进行傅里叶变换,得到零频与基频坐标位置,进而得到干涉条纹间距;
步骤三、计算双劈尖模型参数,获得条纹间距表达式,具体包括:步骤31:在空比色皿干涉条纹图中,已知空比色皿干涉条纹间距D1,根据单劈尖条纹间距的公式: 其中λ为所述光源的波长,n1为空气折射率,得到等效空气劈尖的夹角α;
步骤32:根据空比色皿的干涉条纹图零频(x0,y0)与基频(x1,y1)和比色皿装有纯水时的干涉条纹图零频(x0,y0)与基频(x2,y2),得到两幅干涉图条纹方向夹角β的正切值:其中,Δkx、Δky分别为干涉条纹在x方向、y方向上的空间频率分辨率,步骤33:双劈尖结构模型干涉条纹明纹条件为:Δ1+Δ2=kλ(k=0,±1,±2,…)
其中,Δ1是等效空气劈尖引起的光程差,Δ2是液体劈尖引起的光程差;
假设双劈尖中的其中一个面与xOy面重合,且设定等效空气劈尖的条纹平行于y轴,则等效空气劈尖面z=xtanα引起的光程差Δ1为:Δ1=2·tanα·x·n1
其中,n1为空气折射率;
由液体劈尖面表达式 引起的光程差Δ2为:
其中,n2为液体折射率;
利用干涉明纹方程: 得干涉条纹间距为:
tanβ是直线 斜率倒数的相反数,故有:
步骤34:把折射率已知的纯水作为液体劈尖,将其条纹间距D2、折射率n2、α和tanβ带入(1)、(2)两式,联立求得液体劈尖面的截距比 和步骤四、计算透明溶液折射率,具体包括:将比色皿装有待测溶液时的干涉条纹间距D3、液体劈尖面的截距比 带入双劈尖结构模型的干涉条纹间距表达式(1)计算待测溶液的折射率n3。
5.根据权利要求4所述的一种基于双劈尖干涉模型测量溶液折射率的方法,其特征在于,所述步骤二具体包括:步骤21:由CCD探测系统像元尺寸d以及像素Ny×Nx,可得到CCD采集图像条纹间距的表达式为:其中, 分别是干涉图像在x方向、y方向上的空间频率,(x0,y0)、(x1,y1)分别为干涉图像的零频坐标、基频坐标;
步骤22:对提取采集的干涉条纹图进行傅里叶变换,得到零频与基频坐标位置,根据上述表达式计算出空比色皿干涉条纹间距D1、纯水干涉条纹间距D2、待测溶液干涉条纹间距D3。