[发明专利]光学腔、加热腔、测量装置及液体介质透射光谱测量系统

说明书

一种光学腔、加热腔、测量装置及液体介质透射光谱测量系统，包括两大部分构成：可调光程光学腔部分和加热腔部分。实验时，两层光学玻璃和聚四氟乙烯层构成了一个封闭的光学腔，利用螺旋内套、螺旋外套以及辅助固定件将其固定以防止漏液，前侧光学玻璃边缘端有1mm圆形孔用以滴加待测液。本发明优势在于提出了一种光程可调的光学腔结构，并设计了配套的高温加热腔结构，对于测量同一种待测液不同光程光学特性时，保证了窗口材料的不变与测试位置的一致性，剔除了封装窗口材料变化以及测试位置不同对液体介质光学常数反演计算带来的误差，同时，创造了一个稳定热环境，实现了高温条件下液体光学特性的测试，减少了温度波动对测试的影响。

技术领域

本发明涉及一种光学装置及其测量系统，尤其是涉及一种可调式光学腔、加热腔、光学测量装置及液体介质透射光谱测量系统。

背景技术

液态介质的光谱性质是光谱学、物理光学和辐射传热等学科研究基础特性，其中包括吸收系数、反射率和发射率等。这些参数可由介质的光学常数（亦称复折射率，包括吸收指数和折射指数）计算获得。目前，实验测量是获得液体光学常数最直接、最可靠的方法，例如透射法、椭偏法、反射干涉法、反射和透射结合法等。其中，透射法依据测量对象的厚度特性可分为单厚度和双厚度法。例如，双厚度法是通过测得同一液体介质不同厚度下的透射比光谱，联立两个透射比方程来反演液体介质光学常数。一般测量液体介质光学特性时需要使用光学腔盛装，常用的如石英玻璃、红外窗口等，液体介质封装在光学腔内，形成一个样品封装窗口-液体介质-样品封装窗口的三层结构。构建反演计算模型时需要首先获得封装窗口的光学常数，这样才能精确获得待测样本的辐射特性和物性参数值。故窗口材料光学常数的准确与否将直接影响液体介质辐射特性的测量精度。而现有测量方法，多采用若干组具有不同光程的比色皿结构，每次测量时，更换不同光程的比色皿以获得不同厚度的透射比光谱；此外，中国专利CN105891117A公开了阶梯式比色皿的升降级数来调整光程，可同时满足多光程测量需要，其使用方便；中国专利CN102879333A发明提供了两光程比色皿结构，可在同一比色皿中完成10mm和2mm光程的数据分析，简化了测量步骤，缩短了实验时间。但这些测量方法在获得不同厚度的透射比过程中，都不约而同地变换了比色皿窗口材料和测试点。实验发现，不同窗口材料的光学常数往往是不同的，甚至同一窗口材料，不同测试位置，其光学常数仍有较大的差异。为了剔除窗口材料的差异给反演计算带来的误差，需要一种光学窗口材料固定，但光程可调的光学腔结构，使每次测量时，保证光学窗口材料不变，且测量点亦不变，进而提高待测液体介质的光学常数计算精度。此外在高温测试环境，已有实验数据表明，温度对液体光学常数有重要的影响，且温度波动会造成液体介质透射率的波动，故高温测量过程中，保证环境温度的稳定性也尤为重要。

发明内容

本发明为剔除封装窗口材料对液体介质光学常数反演计算带来的误差，发明了一种光程可调的组装式光学腔，为了配合高温条件下光学腔的使用，同时提供一种用于高温条件下的透射光谱测量的加热腔，以固定光学腔，保证测量过程中封装窗口材料和测量点都不变的同时，确保测量过程中具有一个稳定的高温环境。

本发明的目的在于，提供一种光程可调式的光学腔结构，保证前后光学窗口材料和测量点不变的前提条件下，可以用于获得不同厚度下的透射比光谱，以及提供一种用于高温条件下光谱测试的加热腔结构，可用于固定光学腔，且为测量过程提供一个稳定的高温环境，此外，本发明目的还提供一种加热式光学测量装置以及液体介质透射光谱测量系统。

本发明采用的技术方案如下：