折射率是透明、半透明物质的一个重要光学物理参数,掌握了物质折射率的变化情况就可以了解到它的光学性能,进而可以换算出它的纯度值以及浓度值。而检测折射率的光学仪器被称为折光仪,在石油工业、制漆工业、食品工业、日用化学工业、制糖工业被广泛应用。为了能够适应市场的广泛需求,本文提出自主研制开发一种既能检测透明、半透明液体折射率和糖度、同时又能检测固体折射率的新型智能数显折光仪。本文的主要内容是对仪器的光学系统与机械系统设计与优化。首先在介绍几种测量折射率的方法与原理基础上,深入地阐述基于全反射原理的阿贝折射法测量原理。基于此,①设计出用于实验仪器的光路方案及成品仪器的最终光路系统方案。智能数显折光仪的光学部分主要由照明系统、折光系统、成像系统、以及数据采集系统组成,设计原理选择基于全反射原理的阿贝折射法。②照明系统的设计选择LED钠黄光为光源,同时设计了聚光镜;折光系统中介绍了棱镜的参数计算过程;成像系统中设计了孔径光阑结构,并选择了线阵CCD为图像传感器。③最后分析整个光路性能,对实验方案进行优化设计,得到成品仪器的最终光路系统方案。在实验样机的机械结构设计与优化阶段,具体介绍了它的硬件组成,根据实验要求设计出一套实验装置,加工组装后在该样机上进行实验操作。其设计内容主要包括:照明系统、折光系统、连接架组、成像透镜组、CCD安装组、样机整体结构设计以及关键技术的分析。试验样机完成后,在其基础上加以改进与优化,对光源组结构、折光棱镜组、连接架组件进行了改进,并对外壳设计、外接元器件的选择等内容进行了详细的说明。同时利用有限元分析软件以及Deform工艺分析软件对仪器的关键支撑部件-连接架结构进行了分析与优化,最终得到了用于成品样机的整体方案图。最后利用实验进行了相关验证工作。先简单介绍整机系统工作流程,将实验样机连接各部分硬件电路并通过软件编程程序操作,进行不同环境的实验,通过收集与分析实验数据,表明实验仪器的光路结构设计符合要求。