[發明專利]一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統

有效

• 申請號: 202011340563.7
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112630171B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 周海洋;孫浩哲;夏鵬凱
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 蔣娟

1.一種基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，包括：LED驅動模塊、光路部分、信號發生模塊、光電轉換模塊、中央處理器模塊；

所述LED驅動模塊，用于接收所述信號發生模塊產生的激發光電信號，并產生相應強度為正弦波的激發光；

所述光路部分，用于將所述激發光傳輸到光纖末端的氧敏感層，通過所述氧敏感層產生相應的熒光；以及將所述氧敏感層處產生的熒光傳輸到所述光電轉換模塊；所述光路部分包括尼龍光路、分光片、濾光片、光纖連接座、光纖和氧敏感層；所述尼龍光路為連接球頭燈珠、所述分光片、所述濾光片和所述光纖連接座的光信號通路；所述分光片為45度透光30％反光70％的光學分光玻璃；所述濾光片為透光波長在720nm以上的HB720有色光學濾光片；所述光纖連接座為連接所述光纖和所述尼龍光路的金屬連接座；所述光纖末端設置有所述氧敏感層組成帶有氧敏感層的光纖探針；

所述光路部分具體用于：將所述激發光經過所述分光片透射后，以及通過所述玻璃球珠聚光后進入所述光纖中；通過所述光纖將激發光傳輸到光纖末端的所述氧敏感層，在氧敏感層上發生光致發光和熒光猝滅，利用所述氧敏感層發生光致發光和熒光猝滅產生相應的熒光；以及用于將所述熒光經過所述光纖回傳、所述分光片反射以及所述濾光片濾光后傳輸到所述光電轉換模塊；

所述光電轉換模塊，用于將所述熒光轉換成為熒光電信號；

所述中央處理器模塊，用于對所述熒光電信號和所述激發光電信號進行采樣，并采用快速傅里葉變換的方式對采樣結果進行分析處理，得到相應的氧氣濃度數據；

所述中央處理器模塊包括：數據采集模塊和算法處理模塊；所述中央處理器模塊具體用于，利用所述數據采集模塊對所述熒光電信號和所述激發光電信號進行采樣；利用所述算法處理模塊采用快速傅里葉變換的方式將包含所述激發光電信號和所述熒光電信號的采樣結果轉變為相應頻率信號的實部和虛部，通過反正切變換并作差得到相應的相位差，根據所述相位差得到對應的氧氣濃度數據。

2.根據權利要求1所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，還包括:信號放大模塊；

所述信號放大模塊，用于對所述光電轉換模塊產生的熒光電信號進行放大處理，并將放大處理之后的熒光電信號傳輸到所述中央處理器模塊。

3.根據權利要求2所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，所述信號放大模塊為多通道跨阻放大器。

4.根據權利要求1所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，所述LED驅動模塊包括：運算放大器、晶體管以及球頭燈珠；

所述LED驅動模塊具體用于，利用所述運算放大器和所述晶體管控制輸入所述球頭燈珠的電流，激發所述球頭燈珠產生燈光強度按正弦波變化的激發光。

5.根據權利要求1所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，所述光路部分包括尼龍光路、分光片、濾光片、光纖連接座、光纖和氧敏感層，所述尼龍光路為設置并連接球頭燈珠、所述分光片、所述濾光片和所述光纖連接座的光信號通路；所述分光片為光學分光玻璃；所述濾光片為滿足預設透光波長的有色光學濾光片；所述光纖連接座為連接所述光纖和所述尼龍光路的金屬連接座；所述光纖末端設置有所述氧敏感層組成帶有氧敏感層的光纖探針。

6.根據權利要求1所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，所述光電轉換模塊為滿足預設峰值靈敏波長的硅光電池。

7.根據權利要求1所述的基于傅里葉變換的光纖氧氣傳感器系統，其特征在于，所述信號發生模塊包括用于產生正弦波的晶振電路以及用于控制所述晶振電路通過電流的控制芯片。