[实用新型]一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

液体浓度的精确测量在很多基础领域具有重要意义，因此，各种技术被迅速的用来实现液体浓度的测量，其中包括传统的滴定法、色度计法、荧光猝灭法等，这些方法易于实现，但是耗费时间太多。最近提出的几种基于光反射的溶液浓度测量传感器很难应用于光散射和吸收较高的材料。其他新技术如光声技术、光栅技术及等离子体光纤传感技术等都需要昂贵的实验设备和复杂的过程。本文提出的一种低成本、易于操作的溶液浓度实时在线远程测量设备具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器。该装置能够实现溶液折射率的实时远程测量，具有结构简单、易于操作等特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，其特征在于：由二极管激光器(1)、光纤耦合器(2)、光纤耦合器(3)、单模光纤(4)、光电探测器(5)、光纤探针(6)、计算机(7)组成；本发明中的传感器技术可以看作是双通道菲涅尔反射传感技术，二极管激光器(1)通过单模光纤(4)与光纤耦合器(3)连接，光纤耦合器(3)通过单模光纤(4)分别与两个光纤耦合器(2)连接，光纤耦合器(2)一端分别连接光纤探针(6)，光纤耦合器(2)另一端通过单模光纤(4)分别与两个光电探测器(5)连接，两个光电探测器(5)通过单模光纤(4)与计算机(7)连接。

上述一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，其特征在于：二极管激光器(1)的中心波长为1550纳米。

上述一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，其特征在于：光纤耦合器(2)的分光比为10∶90，光纤耦合器(3)的分光比为50∶50。

上述一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，其特征在于：光电探测器(5)类型为锗光电二极管，工作波长400-1700纳米，实现光信号到电信号的转换。

本发明的工作原理是：溶液浓度的不同导致其折射率不同，根据菲涅尔反射定律，光线在经溶液-光纤界面时反射率大小与经空气-光纤界面反射时反射率大小不同。二极管激光器 发出的光经过光纤耦合器(3)后分为两束光，一束经过光纤耦合器(2)后经被测溶液-光纤界面反射后进入光电探测器，另一束经过光纤耦合器(2)后经空气-光纤界面反射进入光电探测器。两束光线光强不同，经光电探测器后实现光电信号的转换，经计算机进行信号处理，实现溶液浓度测量。

本发明的有益效果是：本装置将待测溶液浓度的测量转化为折射率对光强的影响的测量，利用菲涅尔反射定律及折射率与浓度的关系进行信号解调，实现对溶液浓度的实时远程测量。

附图说明

图1是基于菲涅尔反射的溶液浓度实时测量光纤传感器示意图；

图2是盐溶液中浓度与折射率关系示意图；

图3是糖溶液中浓度与折射率关系示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：

参见附图1，一种基于菲涅耳反射的溶液浓度实时测量光纤传感器，由二极管激光器(1)、光纤耦合器(2)、光纤耦合器(3)、单模光纤(4)、光电探测器(5)、光纤探针(6)、计算机(7)组成；本发明中的传感器技术可以看作是双通道菲涅尔反射传感技术，二极管激光器(1)通过单模光纤(4)与光纤耦合器(3)连接，光纤耦合器(3)通过单模光纤(4)分别与两个光纤耦合器(2)连接，光纤耦合器(2)一端分别连接光纤探针(6)，光纤耦合器(2)另一端通过单模光纤(4)分别与两个光电探测器(5)连接，两个光电探测器(5)通过单模光纤(4)与计算机(7)连接。

本发明中采用的二极管激光器(1)的中心波长为1550纳米，光纤耦合器(2)的分光比为10：90，光纤耦合器(3)的分光比为50∶50，各个光学器件之间用单模光纤连接，光电探测器类型为锗光电二极管，工作波长400-1700纳米，实现光信号到电信号的转换。图2是盐溶液浓度与折射率的关系示意图，溶液折射率随浓度的增加而增大，并且呈现良好的线性关系。图3是糖溶液浓度与折射率的关系示意图，溶液折射率也和浓度呈现良好的线性关系。