[實(shí)用新型]基于光纖FP腔的液體表面張力系數(shù)測量裝置

有效

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• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN203772683U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱英昊;康娟;桑濤;李晨霞;董新永;趙春柳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于液體表面參數(shù)測量領(lǐng)域，具體為一種能夠測量液體表面張力系數(shù)的測量裝置。

技術(shù)背景

液體表面張力決定了液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)能力和特性，是微觀毛細(xì)管內(nèi)液態(tài)物質(zhì)入侵固態(tài)物質(zhì)的動(dòng)力來源，長期以來受到國內(nèi)外流體材料領(lǐng)域研究學(xué)者的高度關(guān)注。傳統(tǒng)的液體表面張力系數(shù)測量方法有拉脫法掛環(huán)法、滴重法、毛細(xì)管升高法等，這些方法，由于測量中間參數(shù)的可控性差以及人工參與的個(gè)體操作差異等問題，導(dǎo)致測量速度慢、精度低，無法滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。近年來，隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，基于光纖技術(shù)在液體表面張力測量方面的應(yīng)用也得到關(guān)注，利用光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)液體表面張力系數(shù)的非接觸測量，具有實(shí)時(shí)、快速、高精度等優(yōu)點(diǎn)。有研究者利用被測液體表面的毛細(xì)波結(jié)合自由空間光干涉原理實(shí)現(xiàn)液體表面張力系數(shù)的測量，但該方法計(jì)算量大，且受測量環(huán)境等方面的影響，測量結(jié)果精度不高，可靠性低。

本實(shí)用新型采用光纖布拉格光柵和空芯光纖作為液體表面張力系數(shù)測量傳感頭，采用中心波長為1550nm的寬譜光源作為測量用光源，當(dāng)被測液體在毛細(xì)作用下進(jìn)入空芯光纖后，改變了空芯光纖空氣腔也即FP腔的長度，導(dǎo)致輸出光干涉條紋間距發(fā)生變化，監(jiān)測該變化就可以獲得被測液體表面張力系數(shù)。該測量方法僅通過檢測光的干涉條紋變化就可以獲得被測量，避免了傳統(tǒng)測量時(shí)中間變量可控性差的缺點(diǎn)，具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、測量方便等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的光纖液體表面張力系數(shù)測量裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

基于光纖FP腔的液體表面張力系數(shù)測量裝置，其特征是包括寬譜光源、光環(huán)行器、由光纖布拉格光柵和空芯光纖組成的液體表面張力測量傳感頭、光譜分析儀。光環(huán)行器具有三個(gè)端口，其中輸入端口與寬譜光源相連，輸出端口與光纖布拉格光柵的任意一端相連，反射端口與光譜分析儀相連，光纖布拉格光柵的另一端口與空芯光纖的任意一端相連。

本實(shí)用新型中，所提及的寬譜光源的工作波長為1530nm-1570nm；所提及的液體表面張力測量傳感頭由光纖布拉格光柵和空芯光纖組成，其中空芯光纖的長度為1mm-10mm。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型的基于光纖FP腔的液體表面張力系數(shù)測量裝置，適用于測量液體的表面張力系數(shù)，僅通過光的干涉條紋變化量就能準(zhǔn)確獲得液體表面張力系數(shù)，測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，避免了傳統(tǒng)測量方法中由于個(gè)體操作的差異導(dǎo)致的精度低、可控性差等缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1是基于光纖FP腔的液體表面張力系數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。

參見圖1所示，光纖FP腔液體表面張力系數(shù)測量裝置包括寬譜光源1、光環(huán)行器2、由光纖布拉格光柵3和空芯光纖4組成的液體表面張力測量傳感頭，光譜分析儀5。光環(huán)行器2具有三個(gè)端口，其中輸入端口與寬譜光源1相連，輸出端口與光纖布拉格光柵3的任意一端相連，反射端口與光譜分析儀5相連，光纖布拉格光柵3的另一端口與空芯光纖4的任意一端相連。

上述的寬譜光源的工作波長為1530nm-1570nm；液體表面張力測量傳感頭，由光纖布拉格光柵3和空芯光纖4組成，其中空芯光纖4的長度為1mm-10mm。

本實(shí)用新型基于以下原理：

將待測液體滴在置于可移動(dòng)平臺(tái)的玻片上，調(diào)節(jié)移動(dòng)平臺(tái)，使液面接觸垂直放置的傳感頭，毛細(xì)作用使液面進(jìn)入空芯光纖的空氣孔中，進(jìn)入的程度跟被測液體的表面張力系數(shù)有關(guān)。液體的表面張力系數(shù)γ可表示為：

γ=Fs=mg+Fps---(1)]]>

式中F為液體表面張力，s為上升液面的周長，m為進(jìn)入空芯光纖內(nèi)液體的質(zhì)量，g為重力加速度，F(xiàn)_p為FP腔內(nèi)空氣對液面的壓力。理論研究可知F_p＞＞mg，因此公式(1)可簡化為