一种基于d型塑料光纤探头的液体折射率测量仪的利记博彩app
【专利摘要】一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪，属于光纤传感【技术领域】，进一步还可以应用于液体的盐度与糖度的测量。该仪器主要包括激光光源、斩波器、D型塑料光纤探头、滤光片、探测器、控制与信息系统及显示器构成。激光光源发出的连续光信号经斩波器调制后进入D型塑料光纤探头，当有液体接触到探头时，探头中传输的光信号会产生衰减，之后光信号由探测器采集，并经A/D转换后进入信号处理系统，处理系统对信号进行相关运算后得到液体的折射率，系统中预制折射率-糖度、折射率-盐度关系，可在功能选择中选定并计算得出，所得结果经显示器显示。该折射率测量仪具有制作简单、灵敏度高、操作简便、成本低等优点。
【专利说明】一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤传感【技术领域】，具体涉及一种基于D型塑料光纤探头的液体折射 率测量仪，并进一步还可以应用于液体的盐度与糖度的测量。
【背景技术】
[0002] 折射率是一种重要的光学参数，通过对液体折射率的测量可以用来分析溶液的含 糖量、盐度、pH 值等（如文献："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. "），所以在生物医学、食品卫生、环境监测等领域中 有广泛的应用。
[0003] 现有液体折射率测量仪一般采用光纤光栅、光纤FP腔等技术，其特点是通过光谱 调制而达到较高的灵敏度，但同时也需采用光谱仪进行测量，增加了设备的成本；且传感元 件的制备过程较为复杂；另外，这些测量仪大多采用通信石英光纤，其工作窗口在1550nm 的红外波段附近，也给相关部件的组装和调试带来有一定困难。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述，本发明的目的是提供一种制作简单、灵敏度高、操作简便、成本低的液 体折射率测量仪。
[0005] 如图1所示，本发明所述的液体折射率测量仪由激光光源1、斩波器2、具有A、B两 个端口的D型光纤探头3、滤光片4、探测器5、控制及信息处理系统10和显示模块11构成； 其中，激光光源1、斩波器2、光纤探头的端口 A处在同一光路上，光纤探头的端口 B与滤光 片4、探测器5处在同一光路上；
[0006] 控制及信息处理系统10为DSP架构，由A/D转换器6、电源7、D/A转换器8和DSP 芯片9构成，DSP芯片9的第一 1/0 口与D/A转换器8的输入端相连，D/A转换器8的输出 端与斩波器2相连，探测器5与A/D转换器6的输入端相连，A/D转换器6的输出端与DSP 芯片9的第二1/0 口相连，DSP芯片9的串口与显示模块11相连，其中A/D转换器6、D/A 转换器8、DSP芯片9与显示模块11均由电源7供电。
[0007] 本发明为解决技术问题所采取的解决方案的关键是：将塑料光纤制成弯曲半径为 1?5mm的塑料光纤探头3,并将光纤探头3抛磨成D型结构来提高折射率测量的灵敏度。 另外，由于塑料光纤的透过窗口在可见光波段，可以米用如635nm、650nm可见光波段的半 导体激光器作为光源，降低了相关部件的组装和调试难度。
[0008] D型光纤探头的制作，包括两个步骤：
[0009] 步骤1 :如图2,将塑料光纤缠绕在半径1?5mm的钢制圆柱12上，加热钢制圆柱 12至80?100°C，3?5秒后将塑料光纤取下，得到具有一定曲率半径的宏弯曲塑料光纤， 不同曲率半径的宏弯曲塑料光纤可通过更换不同尺寸的钢制圆柱12制成；
[0010] 步骤2 :如图3,宏弯曲塑料光纤由夹具13固定，夹具13端面和宏弯曲塑料光纤的 对称轴成45°?90°角；宏弯曲塑料光纤的弯曲部分14露出夹具13端面的高度为塑料光 纤直径的30?70% ;然后使用抛光纸对露出的部分14抛磨至夹具13端面，从而得到具有 A、B两个端口的D型光纤探头3。
[0011] 本发明所述的液体传感器的D型光纤探头3接触到待测液体时，光纤中传输的部 分光会从D型光纤探头3的抛磨处辐射出，使光在光纤探头3中的透过率发生改变。该透 过率与待测液体的折射率、糖度和盐度有关，通过测量透过率即可得到待测液体的折射率、 盐度和糖度等数值。
[0012] 本发明的D型光纤探头液体折射率传感器的优点有：
[0013] (1)成本低，制作简单，便于商业化生产；
[0014] (2)工作在可见光波段，安装和调试的难度低；
[0015] (3)分辨率较高；
[0016] (4)工作方式简单、易于操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的D型塑料光纤液体折射率测量仪结构示意图，各部件为：激光光源 1、斩波器2、具有A、B两个端口的D型光纤探头3、滤光片4、探测器5、控制及信息处理系统 10和显不模块11构成的主机15 ;其中，激光光源1、斩波器2、光纤探头3的端口 A处在同 一光路上，光纤探头3的端口 B与滤光片4、探测器5处在同一光路上；
[0018] 图2是本发明的宏弯曲塑料光纤制作步骤1示意图；
[0019] 图3是本发明的D形塑料光纤探头制作步骤2示意图；
[0020] 图4是本装置测量的折射率与透过率的关系及拟合曲线。
[0021] 图5是本发明进行液体折射率测量示意图，包括主机15、显示模块11、光纤探头3、 待测液体16。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1 :D型光纤液体折射率测量仪的连接
[0023] 如图1，本发明的折射率测量仪由激光光源1、斩波器2、D型光纤探头3 (直径1mm， 曲率半径5mm，抛磨深度500 μ m，抛磨平面即夹具13端面与光纤对称轴成60°、滤光片4、 探测器5、控制及信息处理系统10和显示模块11构成。上述构成中激光光源1、斩波器2、 光纤探头3的端口 A处在同一光路上，光纤探头3的端口 B与滤光片4、光电探测器5处在 同一光路上，斩波器2与D/A转换器8的输出口连接，探测器5与A/D转换器6输入口连 接；信息与控制系统10为DSP架构，包括A/D转换器6,电源7, D/A转换器8、DSP芯片9构 成，DSP芯片9的第一 I/O 口与D/A转换器8的输入端相连，D/A转换器8的输出端与斩波 器2相连，探测器5与A/D转化器6的输入端相连，A/D转换器6的输出端与DSP芯片9的 第二I/O 口相连，DSP芯片9的串口与显示模块11相连。其中激光光源1采用Thorlabs 公司的TLS001-635,波长635nm ;滤光片4采用深圳激埃特GIAI-NBP635窄带滤光片，工 作波长635nm ;斩波器2采用Thorlabs公司生产的MC1F10,工作频率50Hz ;探测器5采用 Thorlabs公司的sl20,工作波段400-1100nm ;A/D转换器6和D/A转换器8分别采用ADI 公司的ad9243和ad7876 ;DSP采用TI公司的TMS320VC5509 ;电源7为220V交变电流电源。
[0024] 实施例2 :本发明仪器的折射率和液体浓度（盐度、浓度）测量工作方式
[0025] 如图5,激光光源1发出的波长为635nm的激光由斩波器2进行50Hz的强度调制 后，由端口 A耦合进D型塑料光纤探头3,当D型光纤探头3接触到液体16时，会有部分激 光从D型光纤探头3漏出，产生功率衰减，探测器5得到的激光信号经A/D转换后传递给信 息处理系统10。考虑到信号和噪声在频率特性上的差别，即待测信号具有50Hz的频率，而 噪声信号具有随机性和不相关性，本发明中采用互相关检测技术提取待测信息、抑制噪声 的影响（高晋占编著.微弱信号检测[M].北京市：清华大学出版社.2004)。具体方法如 公式（1):将50Hz的参考信号y(t)进行延时τ后与探测器5得到的光信号x(t)相乘后 做积分平均运算，得到光信号的透过率T。该方法可以非常有效地提高信号的信噪比，减小 测量误差。
[0026]
【权利要求】
1. 一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪，其特征在于：由激光光源（1)、斩 波器（2)、具有A、B两个端口的D型光纤探头（3)、滤光片（4)、探测器（5)、控制及信息处理 系统（10)和显示器（11)构成；其中激光光源（1)、斩波器（2)、光纤探头（3)的端口 A处在 同一光路上，光纤探头（3)的端口 B与滤光片（4)、探测器（5)处在同一光路上；控制及信 息处理系统（10)为DSP架构，由A/D转换器（6)、电源（7)、D/A转换器（8)和DSP芯片（9) 构成，DSP芯片（9)的第一 I/O 口与D/A转换器（8)的输入端相连，D/A转换器（8)的输出 端与斩波器（2)相连，探测器（5)与A/D转换器（6)的输入端相连，A/D转换器（6)的输出 端与DSP芯片（9)的第二I/O 口相连，DSP芯片（9)的串口与显示模块（11)相连，其中A/ D转换器（6)、D/A转换器⑶、DSP芯片（9)与显示模块（11)均由电源（7)供电。
2. 如权利要求1中所述的一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪，其特征在 于：D型塑料光纤探头由如下步骤制备得到， 步骤1:将塑料光纤缠绕在半径1?5mm的钢制圆柱（12)上，加热钢制圆柱（12)至 80?100°C，3?5秒后将塑料光纤取下，得到具有一定曲率半径的宏弯曲塑料光纤； 步骤2 :宏弯曲塑料光纤由夹具（13)固定，夹具（13)端面和宏弯曲塑料光纤的对称轴 成45°?90°角；宏弯曲塑料光纤的弯曲部分（14)露出夹具（13)端面的高度为塑料光纤 直径的30?70% ;然后使用抛光纸对露出的部分（14)抛磨至夹具（13)端面，从而得到具 有A、B两个端口的D型光纤探头（3)。
3. 如权利要求1所述的一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪，其特征在于： 采用635nm或650nm可见光波段的半导体激光器作为激光光源（1)。
4. 如权利要求1中所述一种基于D型塑料光纤探头的液体折射率测量仪，其特征在于： 在测量仪的控制及信息处理系统（10)中预置折射率-糖度或折射率-盐度关系式，进一步 用于测量液体的糖度或盐度。
【文档编号】G01N21/01GK104266999SQ201410562891
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】郑杰, 景宁, 滕传新 申请人:吉林大学