[發(fā)明專利]基于空芯布拉格光纖和手機平臺的液體折射率實時監(jiān)測裝置及其應用

在審

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• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109406455A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 李璟文
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/25
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

本發(fā)明公開了基于空芯布拉格光纖和手機平臺的液體折射率實時監(jiān)測裝置及其應用，所述裝置以智能手機為平臺，搭建于手機自帶LED燈和手機自帶數(shù)碼相機之間。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明所述裝置體積小，集成度高，可集成在智能手機平臺上，實現(xiàn)低成本，便攜式及一鍵快照式的監(jiān)測；(2)所述裝置僅用3?5cm的布拉格光纖即可實現(xiàn)高靈敏度的液體折射率監(jiān)測，其靈敏度優(yōu)于0.0006RIU，響應時間小于1s，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控實時檢測；(3)所述裝置測試范圍廣，穩(wěn)定性好，成本低且易于批量生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明屬于光學檢測技術領域，涉及一種折射率計，具體為基于空芯布拉格光纖和手機平臺的液體折射率實時監(jiān)測裝置及其應用。

背景技術

折射率測量在現(xiàn)代工業(yè)、化學、食品等領域中十分重要，是一種使用多、要求高的物理量測量。液體的折射率測量，是食品生產(chǎn)中常用的工藝控制指標，根據(jù)液體折射率的變化，獲知液體濃度或成分的變化，所以液體的折射率測量是探知液體的一種重要手段。

采用光纖折射率計測量液體折射率的方法很多，目前市場上較常見的兩種折射率計(光纖折射率計和手持式折光計)，這兩種折射率計均存在相應的缺點：二者測量范圍較窄，且靈敏度較差；其中光纖折射率計的成本較高，平均達人民幣5000元以上，手持式折光計響應時間較長，且需人工操作無法進行遠程測量。另外，現(xiàn)有技術中的折射率計均僅限于離線檢測，因此，兩種商業(yè)化的折射率計在實際運用中受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術問題：為了克服現(xiàn)有技術的不足，針對商業(yè)化折射率計測量精度低，響應時間長，僅限于離線檢測等問題，本發(fā)明以空心布拉格光纖、簡易透射光柵、電感耦合器件及信號采集模塊為基礎，通過光柵和電感耦合器件提取該光纖的透射光譜特征，從而獲取纖芯填充液體的折射率及濃度等信息。

技術方案：基于空芯布拉格光纖和手機平臺的液體折射率實時監(jiān)測裝置，所述裝置以智能手機為平臺，搭建于手機自帶LED燈和手機自帶數(shù)碼相機之間；手機自帶LED燈正前方設有準直透鏡且密封于殼體內(nèi)，手機自帶數(shù)碼相機正前方設有光柵且二者均密封于液芯光纖固定殼體內(nèi)；液芯光纖固定殼體內(nèi)光柵的正前方設有液芯光纖固定座A和液芯光纖固定座B，且兩個固定座之間設有液芯布拉格光纖，液芯布拉格光纖兩端分別連接有液芯光纖液體出口和液芯光纖液體入口；殼體內(nèi)準直透鏡前方設有多模光纖，且多模光纖另一端伸入液芯光纖固定殼體內(nèi)位于液芯光纖固定座A上方。

優(yōu)選的，液芯布拉格光纖兩端分別插入液芯光纖固定座A和液芯光纖固定座B的光學模塊通道，兩端均由光學玻璃封堵；且均通過密封薄膜與液芯光纖固定座A和液芯光纖固定座B分別形成密閉空間；液芯光纖液體出口和液芯光纖液體入口均通過液體通道分別與相應的密閉空間連通。

優(yōu)選的，液芯光纖固定座A和液芯光纖固定座B的兩端均開設光學入射窗。

優(yōu)選的，多模光纖的一端與準直透鏡中心相對，另一端與液芯布拉格光纖相對。

優(yōu)選的，所述液芯布拉格光纖為聚合物布拉格光纖。

優(yōu)選的，所述液芯布拉格光纖為聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯分別作為高、低折射率的聚合物包層構(gòu)成。通過追蹤該光纖透射光譜的中心波長，可以獲取纖芯填充液體的折射率及濃度信息。根據(jù)不同應用場合中不同液體的光譜特性(吸收、透射等)，可以通過設計、優(yōu)化光纖的幾何結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)其工作波段，滿足不同的應用需求。本發(fā)明采用的布拉格光纖長度僅需3-5cm，由于其體積小，可將該光纖傳感器集成在智能手機平臺上。利用手機自帶的LED作為光源，通過透射光柵分光，采用手機相機紀錄其透射光譜，開發(fā)手機App對LED及相機進行控制，可以實現(xiàn)一種低成本、便攜式、一鍵快照式的高精度折射率監(jiān)測裝置。另外，本發(fā)明也可以采用不同的實現(xiàn)方式和配置，從而實現(xiàn)遙控監(jiān)測，例如，在工業(yè)過程控制或者液體濃度監(jiān)測過程中，可以液體主主通道引入一個支路即可實現(xiàn)液體的遙控、實時監(jiān)測，因此，可以用于環(huán)境較為惡化或者污染的場合，而不會對人員造成影響。