[發(fā)明專利]基于多縱模自混合效應(yīng)的液體濃度傳感測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911140972.X
• 申請(qǐng)日: 2018-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110806397B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂亮;周俊峰;畢鐵柱;陳由澤;王晨辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 無(wú)錫市匯誠(chéng)永信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32260
• 代理人: 朱曉林

本分案申請(qǐng)涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于多縱模自混合效應(yīng)的液體濃度傳感測(cè)量裝置及方法，測(cè)量裝置包括多縱模激光器、傳感單元、振動(dòng)目標(biāo)、滑動(dòng)裝置、分光元件、光電探測(cè)器、信號(hào)預(yù)處理單元和信號(hào)處理單元，測(cè)量方法為：振動(dòng)目標(biāo)發(fā)生振動(dòng)，多縱模激光器出射激光經(jīng)傳感單元后入射到振動(dòng)目標(biāo)上，再反饋回多縱模激光器諧振腔內(nèi)形成自混合信號(hào)，上述過(guò)程中傳感單元發(fā)生改變引起自混合信號(hào)波形改變，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)裝置使振動(dòng)目標(biāo)發(fā)生微移，形成在不同激光器外腔長(zhǎng)度下的自混合信號(hào)，利用光電探測(cè)器采集不同外腔長(zhǎng)度下的自混合信號(hào)，再利用信號(hào)預(yù)處理單元和信號(hào)處理單元進(jìn)行處理，即可得出傳感單元的變化，本案測(cè)量成本低、光路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高。

本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)?01810327444.4、申請(qǐng)日2018年4月12日、發(fā)明名稱“基于多縱模自混合效應(yīng)的傳感測(cè)量裝置及方法”的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多縱模自混合效應(yīng)的液體濃度傳感測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

利用光學(xué)進(jìn)行精密測(cè)量，一直是計(jì)量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中的主要方法，目前，光學(xué)測(cè)量方法因其非接觸測(cè)量、測(cè)量靈敏度高、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)已被成熟應(yīng)用于溫度測(cè)量、電壓測(cè)量、磁場(chǎng)測(cè)量、應(yīng)變測(cè)量、液體濃度測(cè)量等測(cè)量場(chǎng)合。

在液體濃度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，相對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)測(cè)量方法，物理測(cè)量方法具有在測(cè)量過(guò)程中不易改變液體本身性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有的物理測(cè)量方法主要包括比重法，光學(xué)測(cè)量法等。其中，比重法存在測(cè)量分辨率低的缺點(diǎn)，而光學(xué)測(cè)量法因其具有非接觸的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)逐漸受到重視。目前運(yùn)用光學(xué)手段檢測(cè)液體濃度(或者折射率)的方法主要有掠入射法、等離子共振法、吸收光譜法、法布里-帕羅腔干涉法、馬赫-曾德?tīng)柛缮娣ǖ取Ｂ尤肷浞ㄊ歉鶕?jù)折射率定律，測(cè)定待測(cè)物質(zhì)濃度(或者折射率)，雖簡(jiǎn)單易行，但受參考物質(zhì)的限定，測(cè)量精度較低。等離子共振法、吸收光譜法分別利用表面等離子體與待測(cè)液體共振吸收峰和待測(cè)液體對(duì)激光的吸收光譜進(jìn)行液體濃度(或者折射率)測(cè)量，但必須根據(jù)光譜吸收峰尋找相應(yīng)波長(zhǎng)激光光源，部分波長(zhǎng)激光造價(jià)昂貴且制作困難，不適合工業(yè)傳感應(yīng)用。而基于光學(xué)干涉效應(yīng)測(cè)量溶液濃度的法布里-帕羅腔干涉法則受法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)具的限制，測(cè)量靈敏度和測(cè)量范圍受限，而馬赫-曾德?tīng)柛缮娣▌t是非本征結(jié)構(gòu)傳感器，傳感臂和參考臂為不同光路，存在易受環(huán)境擾動(dòng)，測(cè)量誤差較大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中利用光學(xué)傳感技術(shù)測(cè)量液體濃度時(shí)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供基于多縱模自混合效應(yīng)的傳感測(cè)量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)液體濃度的傳感測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)測(cè)量液體濃度的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于多縱模自混合效應(yīng)的液體濃度傳感測(cè)量裝置，包括多縱模激光器、傳感單元、反射鏡組件、振動(dòng)目標(biāo)、滑動(dòng)裝置、分光元件、光電探測(cè)器、信號(hào)預(yù)處理單元和信號(hào)處理單元，

所述振動(dòng)目標(biāo)能夠發(fā)生振動(dòng)，且振動(dòng)目標(biāo)的振動(dòng)面附著有反射結(jié)構(gòu)；

所述傳感單元為液體池，所述液體池內(nèi)充有待測(cè)濃度的液體；

所述多縱模激光器用于出射激光，所述多縱模激光器出射的激光進(jìn)入液體池并經(jīng)多次反射后從液體池內(nèi)射出，射出的激光經(jīng)反射鏡組件入射到振動(dòng)目標(biāo)的振動(dòng)面上，入射到振動(dòng)面上的激光經(jīng)反射結(jié)構(gòu)反射后沿原路反饋回多縱模激光器諧振腔內(nèi)，形成激光自混合信號(hào)；

所述振動(dòng)目標(biāo)底部固定于滑動(dòng)裝置上，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)裝置能夠使振動(dòng)目標(biāo)沿出射激光方向發(fā)生移動(dòng)；

所述分光元件為分束器，用于將激光自混合信號(hào)分束到光電探測(cè)器上；

所述光電探測(cè)器用于將接收到的激光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后發(fā)送到信號(hào)預(yù)處理單元；

所述信號(hào)預(yù)處理單元用于對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括整形、放大、濾波；

所述信號(hào)處理單元用于對(duì)預(yù)處理后的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，獲得液體池液體的濃度變化。