[发明专利]基于Y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统

说明书

一、技术领域

本发明所述的是一种基于Y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统，它是基于Y型光纤传光通路的，涉及到测量光程的最优调节和保证系统测量稳定的方法；同时涉及一种可通过定标来得到光纤接收的信息与天然橡胶干胶含量关系的信号的处理方法，因为从光纤接收的信息是承载有所测天然橡胶样品信息的，分析从光纤接收的信息可以实现对天然橡胶干胶含量的测量。

二、背景技术

作为可再生资源，天然橡胶比起以石油为原料的合成橡胶具有相当大的生态优势。橡胶由于具有其他材料所没有的特殊性能，即高弹性，还具有良好的物理机械性能和电绝缘性等，因而用途极为广泛，无论在国防工业、交通运输、机械制造方面，还是农业、医药、卫生、日常生活方面都或多或少地使用橡胶。目前，对天然橡胶乳粒的高需求造成了其价格的激增。天然橡胶乳粒中干胶含量是确定它价格的关键因素，制造能快速、准确测量天然橡胶乳粒中干胶含量的设备具有重大的意义，它能实现天然橡胶市场交易的高效性和公平性，防止在天然橡胶市场交易中的欺诈行为。

测定天然橡胶中干胶含量的方法主要是化学的方法，这是一种直接测量的方法。基本原理是将浓缩胶乳试料稀释至总固体含量为20％，并用乙酸酸化。然后将凝固的橡胶压成薄片，在70℃下干燥，最后进行称量计算。还有一些直接测量方法包括杓子法、比重测定法、扭力天平法等等，测量的基本原理都一样的，只是在局部操作或试剂用量上有所不同。

此外，也采用一些间接测量方法，电容式传感器测量法和微波技术测量法就是其中的两种。前者的基本原理是电容的容量正比于极板面积、介质的介电常数，反比于极板之间的距离。如果极板面积和极板之间的距离保持不变，则电容容量正比于介质的介电常数。因此，可以通过测量电容的容量来得到介质的介电常数，进而研究橡胶样品的干胶含量。后者的基本原理是基于微波共振原理，测量微波通过天然橡胶后的衰减量来得到橡胶样品的浓度。

在上述的天然橡胶干胶含量测量的直接测量方法中，以标准化学测量方法为例，整个过程需要非常仔细的操作，并且每个细节操作必须按照相应的国家标准来进行，既费时又费力。其他的直接测量方法要么就是测量设备笨重、测量周期长，要么就是有损测量、操作麻烦，同时还需一个熟练的工作人员来使用这些仪器，这使得测量变得很不方便，并且成本很高。

同样，在上述的间接测量方法中，无论是微波技术测量法，还是电容式传感器测量法，其高昂的价格往往使一些小型胶厂、研究所、产胶园望而生却，并且维护要求高，需要定期维护，原因是它的定标曲线使用较长时间后，各参数会发生变化，这将引起定标曲线形状、宽窄幅度的变化，从而导致检测过程产生较大误差。不管怎样调整定标点，都无法将定标曲线拉回至标准位置。因而，定标曲线必须重新进行测定，才能保证检测结果的准确性。

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。本发明提出一种基于Y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统，利用光纤传输具有频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、保真度高、工作性能可靠，并且成本不断下降的优点，使用Y型光纤作为非功能型传感器，即用作传光通路，它能够快速准确的测量天然浓缩胶乳中的干胶含量，适应性强，使用范围广，不受外界条件干扰，并且成本低，使用操作易于上手，维护方便。

三、发明内容

本发明要解决的第一个问题设计一种高灵敏度的探测器结构，主要是基于Y型光纤传光通路和光电池以及光功率计结合的探测器结构；第二个问题是保证系统的稳定性的方法，主要是最优测量光程的调节和消除外界环境的影响；第三个问题是提供信号处理的方法，根据该方法处理得到的信号，可获得关于天然橡胶中干胶含量的标准方程，进而计算得到其干胶含量百分比。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案为基于Y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统，其相应的测量系统组成如图1系统框图所示，具体包括下列模块：

信号源模块101，用于系统的初始信号发射。该信号源发射的信号是本系统的关键，对稳定性的要求很高。激光具有方向性好，亮度高，单色性好和相干性好等特点。因为激光具有以上的优点，满足本发明的要求，因此选择激光器作为系统的信号源。

光纤耦合模块102，用于将信号源模块101发射的初始信号耦合至导光模块104中。这里对光纤耦合方法以及本发明使用的光纤耦合方法进行说明。