[發(fā)明專利]一種基于D型塑料光纖探頭的液體折射率測(cè)量?jī)x

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410562891.X
• 申請(qǐng)日: 2014-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104266999A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭杰;景寧;滕傳新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于D型塑料光纖探頭的液體折射率測(cè)量?jī)x，并進(jìn)一步還可以應(yīng)用于液體的鹽度與糖度的測(cè)量。

背景技術(shù)

折射率是一種重要的光學(xué)參數(shù)，通過(guò)對(duì)液體折射率的測(cè)量可以用來(lái)分析溶液的含糖量、鹽度、pH值等(如文獻(xiàn)：“Chong?J?H,Shum?P,Haryono?H,et?al.Measurements?of?refractive?index?sensitivity?using?long-period?grating?refractometer[J].Optics?Communications,2004,229(1):65-69.”)，所以在生物醫(yī)學(xué)、食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有液體折射率測(cè)量?jī)x一般采用光纖光柵、光纖FP腔等技術(shù)，其特點(diǎn)是通過(guò)光譜調(diào)制而達(dá)到較高的靈敏度，但同時(shí)也需采用光譜儀進(jìn)行測(cè)量，增加了設(shè)備的成本；且傳感元件的制備過(guò)程較為復(fù)雜；另外，這些測(cè)量?jī)x大多采用通信石英光纖，其工作窗口在1550nm的紅外波段附近，也給相關(guān)部件的組裝和調(diào)試帶來(lái)有一定困難。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種制作簡(jiǎn)單、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、成本低的液體折射率測(cè)量?jī)x。

如圖1所示，本發(fā)明所述的液體折射率測(cè)量?jī)x由激光光源1、斬波器2、具有A、B兩個(gè)端口的D型光纖探頭3、濾光片4、探測(cè)器5、控制及信息處理系統(tǒng)10和顯示模塊11構(gòu)成；其中，激光光源1、斬波器2、光纖探頭的端口A處在同一光路上，光纖探頭的端口B與濾光片4、探測(cè)器5處在同一光路上；

控制及信息處理系統(tǒng)10為DSP架構(gòu)，由A/D轉(zhuǎn)換器6、電源7、D/A轉(zhuǎn)換器8和DSP芯片9構(gòu)成，DSP芯片9的第一I/O口與D/A轉(zhuǎn)換器8的輸入端相連，D/A轉(zhuǎn)換器8的輸出端與斬波器2相連，探測(cè)器5與A/D轉(zhuǎn)換器6的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器6的輸出端與DSP芯片9的第二I/O口相連，DSP芯片9的串口與顯示模塊11相連，其中A/D轉(zhuǎn)換器6、D/A轉(zhuǎn)換器8、DSP芯片9與顯示模塊11均由電源7供電。

本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題所采取的解決方案的關(guān)鍵是：將塑料光纖制成彎曲半徑為1～5mm的塑料光纖探頭3，并將光纖探頭3拋磨成D型結(jié)構(gòu)來(lái)提高折射率測(cè)量的靈敏度。另外，由于塑料光纖的透過(guò)窗口在可見(jiàn)光波段，可以采用如635nm、650nm可見(jiàn)光波段的半導(dǎo)體激光器作為光源，降低了相關(guān)部件的組裝和調(diào)試難度。

D型光纖探頭的制作，包括兩個(gè)步驟：

步驟1：如圖2，將塑料光纖纏繞在半徑1～5mm的鋼制圓柱12上，加熱鋼制圓柱12至80～100℃，3～5秒后將塑料光纖取下，得到具有一定曲率半徑的宏彎曲塑料光纖，不同曲率半徑的宏彎曲塑料光纖可通過(guò)更換不同尺寸的鋼制圓柱12制成；

步驟2：如圖3，宏彎曲塑料光纖由夾具13固定，夾具13端面和宏彎曲塑料光纖的對(duì)稱軸成45°～90°角；宏彎曲塑料光纖的彎曲部分14露出夾具13端面的高度為塑料光纖直徑的30～70％；然后使用拋光紙對(duì)露出的部分14拋磨至夾具13端面，從而得到具有A、B兩個(gè)端口的D型光纖探頭3。

本發(fā)明所述的液體傳感器的D型光纖探頭3接觸到待測(cè)液體時(shí)，光纖中傳輸?shù)牟糠止鈺?huì)從D型光纖探頭3的拋磨處輻射出，使光在光纖探頭3中的透過(guò)率發(fā)生改變。該透過(guò)率與待測(cè)液體的折射率、糖度和鹽度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量透過(guò)率即可得到待測(cè)液體的折射率、鹽度和糖度等數(shù)值。

本發(fā)明的D型光纖探頭液體折射率傳感器的優(yōu)點(diǎn)有：

(1)成本低，制作簡(jiǎn)單，便于商業(yè)化生產(chǎn)；

(2)工作在可見(jiàn)光波段，安裝和調(diào)試的難度低；

(3)分辨率較高；

(4)工作方式簡(jiǎn)單、易于操作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的D型塑料光纖液體折射率測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖，各部件為：激光光源1、斬波器2、具有A、B兩個(gè)端口的D型光纖探頭3、濾光片4、探測(cè)器5、控制及信息處理系統(tǒng)10和顯示模塊11構(gòu)成的主機(jī)15；其中，激光光源1、斬波器2、光纖探頭3的端口A處在同一光路上，光纖探頭3的端口B與濾光片4、探測(cè)器5處在同一光路上；

圖2是本發(fā)明的宏彎曲塑料光纖制作步驟1示意圖；

圖3是本發(fā)明的D形塑料光纖探頭制作步驟2示意圖；

圖4是本裝置測(cè)量的折射率與透過(guò)率的關(guān)系及擬合曲線。

圖5是本發(fā)明進(jìn)行液體折射率測(cè)量示意圖，包括主機(jī)15、顯示模塊11、光纖探頭3、待測(cè)液體16。

具體實(shí)施方式