[发明专利]基于倏逝波的环形谐振腔增强型液体组分及浓度传感器

说明书

基于倏逝波的环形谐振腔增强型液体组分及浓度传感器属于激光光谱传感领域，克服倏逝波型传感器信噪比低、光与物质作用不足的缺点，提高倏逝波型光纤传感器的灵敏度。该传感器包括：光源、相位调制器、两个光纤耦合器、单模光纤、锥形光纤、样品池和光谱仪；光源发出的光通过单模光纤进入第一光纤耦合器，出射光通过单模光纤进入设置在样品池内的锥形光纤，锥形光纤附近倏逝波与样品池内的样品发生耦合，输出光谱通过单模光纤由第二光纤耦合器一分为二：一部分通过相位调制器后传输回第一光纤耦合器中，形成谐振，与样品多次反应，其中相位调制器用于补偿由于环境变化引起的谐振条件漂移；另一部分由所述光谱仪采集，检测出样品的浓度和组份。

技术领域

本发明属于激光光谱传感领域，具体涉及一种基于倏逝波的环形谐振腔增强型液体组分及浓度传感器。

背景技术

目前光纤传感器已广泛应用于液体成分测量，主要类型可分为传光型传感器、敏感膜型传感器、倏逝波型传感器等。其中倏逝波型光纤传感器是使用最多的一种传感器，它将光纤的涂覆层去除后对光纤进行拉锥，使锥形区的倏逝波的能量得到增强，透射距离得到增加；而待测物质将作为新的包层介质，其会与倏逝波发生耦合，此时只需绘制出输出光谱，即可根据特征吸收峰的强度和其对应的波长，确定溶液浓度及组分。倏逝波型光纤传感器结构简单、响应速度快、光谱范围宽、成本低，只需待测介质在光源的光谱范围内存在特征光吸收，就可作相应测量。但现有常见倏逝波型光纤传感器中，倏逝波场区短且光只单次通过倏逝波场区，导致光与物质的相互作用不充分，作用现象不明显，光谱信噪比低，难以定量分析物质成分。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于倏逝波的环形谐振腔增强型液体组分及浓度传感器，利用光纤耦合器、相位调制器和锥形光纤组成光纤谐振腔，从而极大增强倏逝波和与待测物质的作用效果，进而克服倏逝波型传感器信噪比低、光与物质作用不足的缺点，提高倏逝波型光纤传感器的灵敏度。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于倏逝波的环形谐振腔增强型液体组分及浓度传感器，该传感器包括：光源、相位调制器、两个光纤耦合器、单模光纤、锥形光纤、样品池和光谱仪；所述光源发出的光通过单模光纤进入第一光纤耦合器，出射光通过单模光纤进入设置在样品池内的锥形光纤，所述锥形光纤附近倏逝波与样品池内的样品发生耦合，输出光谱通过单模光纤由第二光纤耦合器一分为二：一部分通过相位调制器后传输回第一光纤耦合器中，使激光在所述相位调制器、两个光纤耦合器、单模光纤和锥形光纤内无限循环，形成谐振，同时与样品池内的样品多次反应，其中相位调制器用于补偿由于环境变化引起的谐振条件漂移；另一部分由所述光谱仪采集，检测出样品的浓度和组份。

优选的，所述光源通过单模光纤与第一光纤耦合器的输入端相连，所述第一光纤耦合器的输出端通过单模光纤与锥形光纤相连，所述锥形光纤通过单模光纤与第二光纤耦合器的输入端相连，所述第二光纤耦合器的输出端一端与所述光谱仪连接，另一端与所述相位调制器连接，所述相位调制器的另一端与所述第一光纤耦合器的输入端相连。

优选的，所述第一光纤耦合器、锥形光纤、第二光纤耦合器和相位调制器组成的谐振腔。

优选的，所述光纤耦合器为1×2光纤耦合器。

优选的，所述1×2光纤耦合器的耦合比为99:1。

优选的，所述样品池的半径为mm量级。

优选的，所述光源为普通商用激光单色光源或商用宽带光源。

本发明的有益效果是：

1.环形谐振腔为全光纤结构，体积小、损耗低、易于集成；

2.待测液体置于样品池中，所需样品体积小，仅为μL量级；