[发明专利]光纤ATR传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法及装置

摘要

本发明公开了一种光纤ATR传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法，首先用腐蚀纤芯制作光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂，并安装在正极板上，光束通过光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂后进入光电探测器，利用来计算得出铅酸蓄电池剩余容量。同时还公开了一种检测铅酸蓄电池剩余容量的装置。本发明利用光纤ATR传感臂对蓄电池正极板表面折射率进行在线测量；同时利用半导体砷化镓膜对近红外光的吸收特性，以及金膜对红外光的全反射和耐氧化性酸的特点，采用双层镀膜方法设计了光纤ATR温度补偿臂，实现了电解液温度的同步测量，消除温度对待测信号的影响，提高了传感器的测量准确度和精度。

主权项

1.一种光纤ATR传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法，其特征在于，包括下列步骤：1）采用工业酒精浸泡光纤，然后用纱布擦洗光纤，除去光纤上的包层；将除去包层后的纤芯放入含15～25%的氢氟酸的腐蚀溶液，在20～25℃下进行腐蚀，纤芯均匀腐蚀至直径为650～750m和直径为380～420m的两种腐蚀纤芯；2）制作光纤ATR传感臂：将直径为650～750m的腐蚀纤芯制作成U形结构；制作光纤温度补偿臂：将直径为380～420m的腐蚀纤芯制作成U形结构；采用电沉积方法在U形结构的腐蚀纤芯表面沉积砷化镓薄膜，沉积砷化镓薄膜后的纤芯直径为996m；再将粗糙的砷化镓表面进行抛光，抛光后的表面粗糙度小于5nm；最后采用气相沉积方法在砷化镓薄膜表面再镀上金膜，镀上金膜后的纤芯直径约为1000m；3）将U形结构的光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂安装在铅酸蓄电池的正极板上，且开口朝上；4）光束通过入射光纤进入正极板上的光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂内，光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂输出的光束通过出射光纤输出，通过下式的修正函数计算光纤ATR传感臂输出光强：式中：表示输入光强；表示电解液容积吸收系数；表示光源波长；，表示界面入射夹角的大小；₁表示光纤ATR传感臂直线段的长度；表示光纤ATR传感臂的弯曲半径；表示腐蚀后纤芯的半径；表示纤芯的折射率；表示温度为20℃时正极板表面电解液的折射率；表示电解液特征参数；表示电解液的温度；₁表示,其中：，，其中：，；表示光束由U形结构的光纤ATR传感臂的直线段纤芯进入弯曲段纤芯时，光束与分界面的垂距；表示光纤包层的折射率；通过下式计算光纤温度补偿臂输出光强：；，；式中：表示输入光强；表示砷化镓对光束的反射系数；表示与砷化镓材料有关的常数，；，₁表示光纤温度补偿臂直线段的长度；表示光纤温度补偿臂的弯曲半径；表示温度0K的禁带宽度能量，；表示光子频率；表示与砷化镓材料有关的常量，；表示电解液的温度；5）用表示光纤ATR传感臂输出光强经过光电探测器后的输出电压；表示光纤温度补偿臂输出光强经过光电探测器后的输出电压；表示光束通过入射光纤直接经过光电探测器后的输出电压；式中：表示光电探测器系数；6）将、、经过运算、变形后可得铅酸蓄电池剩余容量电压：，式中，。