[发明专利]一种微孔阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感的技术领域，具体涉及一种基于微孔结构的聚合物光纤液体折射率传感装置。

背景技术

目前国内外应用在生物、化学、环境领域的液体折射率光纤传感器，大部分都是基于石英光纤的液体折射率传感器，包括光纤光栅传感器、F-P腔传感器、光纤SPR传感器等多种。但它们都存在一些诸如测量的非线性和测量范围小等缺点，且其制作工艺要求很高，决定了石英光纤传感器的生产成本难以降低。

现有的液体折射率聚合物光纤传感器，结构包括光源模块、光纤传感器、光电探测器、控制与处理电路等几个部分。2012年6月答辩的吉林大学硕士学位论文《双锥型塑料光纤液体折射率传感器》公开的塑料光纤液体折射率传感器结构如图1所示，光源模块为调制的半导体光源，光纤传感器是被拉直的一段塑料光纤，光电探测器即光电检测器，控制与处理电路为数字示波器。该塑料光纤液体折射率传感器的液体折射率检测范围在1.333～1.41，灵敏度为18dB/RIU，参见图2的双锥形塑料光纤传输损耗与液体折射率的关系曲线，图2即是该硕士学位论文的图4.12。该塑料光纤液体折射率传感器同样限制于测量的非线性和测量范围小等弱点。因此研制线性好和测量范围大的光纤传感器具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的液体折射率传感器的测量非线性和测量范围小等弱点，公开一种微孔结构的阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感器，达到测量液体折射率的范围大，且具有高灵敏度的目的。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

一种微孔阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感装置，结构有光源模块1、光纤传感器、光电探测器3和控制与处理电路4，光纤传感器的输入端经聚合物光纤与光源模块1相连，光纤传感器输出端经聚合物光纤与光电探测器3相连，光电探测器3与控制与处理电路4相连；其特征是，所述的聚合物光纤，是阶跃多模聚合物光纤；所述的光纤传感器，是多模光纤传感器2，由阶跃多模聚合物光纤的一段构成，在该段光纤上开有柱状的横向穿透光纤的微孔，微孔的轴线与光纤的中心轴垂直相交。

基于微孔阶跃多模聚合物光纤液体折射率传感装置，各类型阶跃多模聚合物光纤及多模光纤传感器2的参数如下：

(1)所用阶跃多模聚合物光纤为各种标准尺寸的塑料光纤，光纤外直径可分别为0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.00mm、2.00mm、3.00mm等各种标准尺寸。

(2)所述的多模光纤传感器2由具有微孔结构的阶跃折射率多模塑料光纤构成，微孔的高度为小于光纤的直径、微孔的直径约为10微米至2.6毫米之间。

(3)传感器类型一：多模光纤传感器2可以是单微孔的结构。

(4)传感器类型二：多模光纤传感器2可以是2～10个多微孔的结构，孔的间距不限。多微孔的结构更详细的可以是，

(5)相邻微孔的轴线相互平行或相邻微孔的轴线相互垂直的微孔结构，孔的间距不限。

(6)相邻微孔的轴线相互平行和相互垂直的混合微孔结构，孔的间距不限。

本发明中，所述的光源模块1，是利用信号源发出一定频率的方波信号，通过驱动电路控制半导体发光二极管(或半导体激光器)的电流实现光源的直接调制。

本发明中，所述的多模光纤传感器2，是单微孔或多微孔的多模聚合物光纤传感器，它们是利用微型数控机床和三维精密移动平台加工的多模聚合物光纤传感器，柱状微孔的轴向垂直于光纤的中心轴。并可以将加工好的多模光纤传感器2固定在基板上，以免外界的环境变化导致光纤形变而产生误差。

本发明中，所述的光电探测器3，是接收光信号并将光信号转换成电信号的光电管、光电倍增管或光电二极管等器件。

本发明中，所述的控制与处理电路4，包括信号放大模块7、A/D转换模块(数字/模拟转换模块)6、单片机(CPU)7、显示模块8和通信模块9。

液体折射率精确便捷测量方法，包括以下步骤：

(1)将待测液体滴入多模光纤传感器2的微孔，或将多模光纤传感器2浸入待测液体中；

(2)利用驱动电路控制半导体光源发出光波，经过多模光纤传感器2后，由光电探测器3将检测到的光信号变成电信号传送给控制与处理电路4。

(3)控制与处理电路4根据检测到的功率值，比照标准的液体折射率与光透射功率关系图，给出液体折射率。