[发明专利]一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置及方法

权利要求书

1.一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：该装置包括收发一体全光纤探头（1）和信号控制处理模块（2），所述收发一体全光纤探头（1）包括Y型探头光纤束（11）和探头尖端（12），所述信号控制处理模块（2）包括控制器（21）、驱动电路（22）、激光器（23）、单光子探测器（24）、信号处理器（25）、存储器（26）和显示器（27）；

所述Y型探头光纤束（11）由若干光源光纤束（111）和若干探测光纤束（112）通过光纤耦合器（113）汇聚构成，所述Y型探头光纤束（11）的汇聚端与探头尖端（12）嵌套连接，所述探头尖端（12）为周向开设有若干壁孔（121）的中空圆柱结构，其内部位于Y型探头光纤束（11）汇聚端的后端依次设有透镜（122）和平面镜（123）；

所述控制器（21）的输出端通过驱动电路（22）与激光器（23）的输入端连接，所述激光器（23）的输出端通过光纤跳线与光源光纤束（111）连接，所述探测光纤束（112）通过光纤跳线与单光子探测器（24）的输入端连接，所述单光子探测器（24）的输出端通过信号处理器（25）与存储器（26）的输入端连接，所述存储器（26）与控制器（21）交互式连接，所述控制器（21）的输出端与信号处理器（25）的输入端、显示器（27）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：当该装置用于检测浊度低于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束（111）的数目少于探测光纤束（112）的数目；当该装置用于检测浊度高于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束（111）的数目多于探测光纤束（112）的数目。

3.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述光源光纤束（111）和探测光纤束（112）在Y型探头光纤束（11）的汇聚端截面上的几何分布为均匀有规则的形状。

4.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述探头尖端（12）采用吸光材料制备。

5.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述平面镜（123）到Y型探头光纤束（11）汇聚端的距离在0～10cm之间。

6.根据权利要求5所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述平面镜（123）到Y型探头光纤束（11）汇聚端的距离为5cm。

7.根据权利要求1所述的一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤：

a、将Y型探头光纤束（11）固定，并将探头尖端（12）浸入待测液中，使待测液通过壁孔（121）流入探头尖端（12）内部；

b、控制器（21）通过驱动电路（22）点亮激光器（23），并对激光器（23）进行恒定光强控制；

c、稳定后的激光器（23）发出的激光信号通过光源光纤束（111）进入探头尖端（12），经透镜（122）聚焦后，照射到探头尖端（12）内部的待测液上，然后经过平面镜（123）的反射，再次照射到探头尖端（12）内部的待测液上，实现激光信号在探头尖端（12）内部待测液上的来回传输；

d、从探头尖端（12）内部待测液出射的激光信号经透镜（122）聚焦后通过探测光纤束（112）传输到单光子探测器（24）；

e、单光子探测器（24）将接收到的激光信号转换成光子脉冲信号，并发送给信号处理器（25），信号处理器（25）对光子脉冲信号进行计数，并将得到的光子脉冲数存入存储器（26）；

f、控制器（21）调用存储器（26）内的光子脉冲数以及预存的光子脉冲数与浊度之间的标定关系反演出待测液的浊度，存入存储器（26）并在显示器（27）上显示。

8.根据权利要求7所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置的检测方法，其特征在于，步骤f中，所述光子脉冲数与浊度之间的标定关系，通过以下步骤获得：

f1、选取一组同梯度不同浊度的福尔马荆标准液作为检测对象；

f2、将清洁过的探头尖端（12）先后浸入各个检测对象中，控制器（21）通过驱动电路（22）关闭激光器（23），在无光源的情况下，单光子探测器（24）仅接收到外界干扰信号，经信号处理器（25）处理后，换算得到各个检测对象对应的基底光子脉冲数；

f3、将清洁过的探头尖端（12）浸入某个检测对象中，控制器（21）通过驱动电路（22）启动激光器（23），在有光源的情况下，信号处理器（25）对单光子探测器（24）探测到的激光信号进行处理，换算得到此时该检测对象对应的总光子脉冲数，去除其对应的基底光子脉冲数，得到该检测对象对应的光子脉冲数；

f4、重复步骤f3，得到各个检测对象即一组同梯度不同浊度的福尔马荆标准液对应的光子脉冲数；

f5、以光子脉冲数为纵坐标，以标准液浊度值为横坐标，画出福尔马荆标准液浊度变化对应光子脉冲数变化的关系曲线，并对画出的关系曲线进行指数拟合，获得光子脉冲数与浊度之间的标定关系。