专利名称：采用光纤传导的液体色测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是光电测试仪器中的液体色测试装置，尤其是一种用光纤传导的液体测量装置。
二背景技术：
在颜色测量领域，液体颜色的测量是其中重要的一个方面，并具有重要的实际应用价值，例如，许多液体产品诸如葡萄酒、果汁、清洁剂、醋等，直接通过颜色外观检查就可以判断其内在质量的优劣；在环保监测中，地面水质或废液色度的监测是重要的基本参数，也是水质评价和环境评价的依据。现在使用的测试方法，不能在现场做出水质色度的客观评价。
三
发明内容
(1)发明目的本实用新型的发明目的是提供一种特别适合做现场快速水质监测，也适用于清洁剂、醋、葡萄酒、果汁等液体的颜色测量的采用光纤传导的液体色测量装置。
(2)技术方案本实用新型由探测器部分和信号转换部分所组成，探测器部分包括照明窗、接收窗、支架、外壳测量用光纤、漫射室、监测用光纤、照明用光纤、光源，信号转换部分包括连接环、滤色片、光电转换器、光电池，测量用光纤和照明用光纤的前端分别位于支架中，测量用光纤的前端面为接收窗，照明用光纤的前端面为照明窗，接收窗与照明窗面对面的放置在同一条直线上，测量用光纤的后端面位于连接环中，照明用光纤的后端面位于漫射室中，监测用光纤、光源均位于漫射室中；在信号转换部分中，滤色片位于光电池与测量用光纤和监测用光纤的后端面之间，光电转换电路位于测量装置的最后端，在光源与照明用光纤之间设有一遮光板，在信号转换部分中，光电池有三只，成“品”字排列组成光电探测器，红、绿、兰三种颜色的滤色片分别对应位于三个光电池的前端，测量用光纤的后端面距光电探测器的距离为2-4厘米。
(3)技术效果本实用新型由于采用光纤传导，其结构简单，灵巧，重量轻，特别适合做现场快速水质监测，也适合用于清洁剂、醋、葡萄酒果汁等液体的颜色测量。
四
图1是本实用新型的总体结构示意图。其中包括照明窗 1、接收窗 2、支架3、测量用光纤 4、漫射室 5、监测用光纤 6、照明用光纤 7、遮光板 8、光源 9、连接环 10、滤色片 11、光电转换器 12、光电池13。
图2是本实用新型光电探测器中三组滤色片的位置布局示意图。
图3是本实用新型光电转换器12的电路原理图。
五具体实施方式
本实用新型由探测器部分和信号转换部分所组成，探测器部分包括照明窗1、接收窗2、支架3、外壳31测量用光纤4、漫射室5、监测用光纤6、照明用光纤7、光源9，信号转换部分包括连接环10、滤色片11、光电转换器12、光电池13，测量用光纤4和照明用光纤7的前端分别位于支架3中，测量用光纤4的前端面为接收窗2，照明用光纤7的前端面为照明窗1，接收窗2与照明窗1面对面的放置在同一条直线上，测量用光纤4的后端面位于连接环10中，照明用光纤7的后端面位于漫射室5中，监测用光纤6、光源9均位于漫射室5中；在信号转换部分中，滤色片11位于光电池13与测量用光纤4和监测用光纤6的后端面之间，光电转换电路12位于测量装置的最后端。
测试探头结构。采用光导纤维传感技术，探头可直接插入液体中进行测定，光辐射经光纤传导、经液体透射，带回有关液体的颜色信息。测试探头结构，它实现照明、传导、接收等任务，由漫射室5、光源9、遮光板8、监测用光纤6、照明用光纤7、测量用光纤4以及光纤支架3、外壳31组成。其中光源9采用脉冲氙灯。
采用双光路结构，其一为测量光路，脉冲氙灯发光后，光线首先在漫射室中进行混光，使进入照明用光纤的光线为均匀光，经光纤传导后到达照明窗1，经有色液体射出的透射光已经带有被测液体的颜色信息，后到达接收窗2，再经测量用光纤传导至光电探测器。另一光路为监测光路，用于对脉冲氙灯的发光强度进行监测。图中照明、测量、监测用光纤均为7mm多芯光纤，图1中右端的漫射室为7cm的铝质园筒结构，用手握住，把探头可直接插入待测液体中。
光电探测器。光电探测器由硅光电池13和复盖其上方的滤色片11组成，光电转换器12是用于光电转换的I/V电路板，它们都放置在与漫射室相同直径的铝质园筒形连接环10中，并用罗纹与漫射室相连。在测量光纤、监测光纤与光电探测器耦合时必须使出射光线垂直照射光电探测器，以免因角度倾斜，造成三个探测器所接受光照不均匀，从而影响探测器的输出电压，产生测量误差。光电探测器中的光电池成品字型排列在直径约2.2厘米的基座上，为保证光照均匀，经计算得到测量光纤端面至光电探测器端面的距离为2-4厘米，两端面底端夹角a＝10。
光电探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线。选用光电积分法进行测量，在整个可见光谱区间内，对被测量的光谱功率进行积分，得到测量目标的颜色三刺激值X、Y、Z，光电探测器设计应符合卢瑟条件。卢瑟条件指出，光电探测器的总光谱响应(表示为光谱灵敏度)应与标准观察者在标准照明体照明下观察到物体的颜色相一致，并表示为以下等式KXSD(λ)τX(λ)γ(λ)＝SC(λ)x(λ)KYSD(λ)τY(λ)γ(λ)＝Sc(λ)y(λ) (1)KZSD(λ)τz(λ)γ(λ)＝SC(λ)z(λ)在上式中，SD(λ)和SC(λ)分别为CIE标准光源D和C的相对光谱功率分布，其中标准光源D由本仪器中的脉冲氙灯模拟；γ(λ)为光电接收器(硅光电池)的光谱灵敏度；τX(λ)、τY(λ)、τZ(λ)光电探测器的三组滤色片的光谱透射率；x(λ)、y(λ)、z(λ)为CIE标准色度观察者光谱三刺激值；KX、KY、KZ为三个与波长无关的常数。仪器测色的精度主要取决于光电探测器符合卢瑟条件的程度，在以上(1)式中除τX(λ)、τY(λ)、τZ(λ)外均为已知或可以直接测得，我们的目的是设计出三组滤色片，使得其光谱透射率尽可能符合卢瑟条件，符合得愈好仪器就愈准确。滤色片组由若干片有色玻璃设计成串联型式，滤色片组的设计归结为有色玻璃种类的选取与厚度的确定。若一滤色片组由n片有色光学玻璃组成，其中第i片有色玻璃的固有光谱透射率为τi，其厚度用δi表示，则该组滤色片总的相对光谱透射率τ′由下式给出τ′=τ1δ1(λ)•τ2δ2(λ)•Λτnδn(λ)------(2)]]>此式中的τi＝τi/0.92，tλ为固有光谱透射率，为通常测得的光谱透射率。我们的目的是要求出一组δ，使该组滤色片的光谱透过率τ′与理想的光谱透射率τ尽可能近似，运用最小二乘法，以它们在各波长上的偏差的平方和最小为判据，即∫(τ′-ατ)2dλ＝M (3)通过软件编程，可以将各种可能的玻璃组合逐一计算，从计算出的结果中选出最好的。对算得的滤色片组合，除了要求其M小以外，还要求其光谱透射率Tλ的最大值Tmax一般要大于10％以上。计算出各滤色片组的厚度如下X滤色片组由HB3、QB21、CB3三种玻璃滤色片组成，其厚度分别是5.4mm、2.43mm和3.73mm；Y滤色片组由LB9、LB16、QB21三种玻璃滤色片组成，其厚度分别是1.55mm、2.11mm和1.4mm；Z滤色片组由SSB40、QB5、JB4三种玻璃滤色片组成，其厚度分别是1.3mm、4.24mm和4.62mm。按上述方法计算设计的滤色片组，其相对光谱灵敏度的测量结果与CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线符合得较好。
I/V变换电路。I/V变换电路把光电探测器得到的光电流转换为电压量，把硅光电池反向偏置接入电路，可以近似看成理想电流源。为了输出获得更大增益设计了由Rf、R1、R2组成的T型反馈电路，在使用的I/V变换电路中，其输出电压Vout与输入光电流Is之间的关系为Vout＝-Is×Rf(1+R1/R2)。两端并联一积分电容，以滤除信号高频干扰成份，稳定输出电压。
权利要求1.一种采用光纤传导的液体色测量装置，由探测器部分和信号转换部分所组成，其特征在于探测器部分包括照明窗(1)、接收窗(2)、支架(3)、外壳(31)测量用光纤(4)、漫射室(5)、监测用光纤(6)、照明用光纤(7)、光源(9)，信号转换部分包括连接环(10)、滤色片(11)、光电转换器(12)、光电池(13)，测量用光纤(4)和照明用光纤(7)的前端分别位于支架(3)中，测量用光纤(4)的前端面为接收窗(2)，照明用光纤(7)的前端面为照明窗(1)，接收窗(2)与照明窗(1)面对面的放置在同一条直线上，测量用光纤(4)的后端面位于连接环(10)中，照明用光纤(7)的后端面位于漫射室(5)中，监测用光纤(6)、光源(9)均位于漫射室(5)中；在信号转换部分中，滤色片(11)位于光电池(13)与测量用光纤(4)和监测用光纤(6)的后端面之间，光电转换电路(12)位于测量装置的最后端。
2.根据权利要求1所述的一种采用光纤传导的液体色测量装置，其特征在于在光源(9)与照明用光纤(7)之间设有一遮光板(8)。
3.根据权利要求1所述的一种采用光纤传导的液体色测量装置，其特征在于在信号转换部分中，光电池有三只，成“品”字排列组成光电探测器，红、绿、兰三种颜色的滤色片分别对应位于三个光电池的前端，测量用光纤(4)的后端面距光电探测器的距离为2-4厘米。
专利摘要采用光纤传导的液本色测量装置是一种适合于做现场快速水质监测以及清洁剂、醋、葡萄酒、果汁等液体颜色测量，该装置由探测器部分和信号转换部分所组成，探测器部分包括照明窗、接收窗、支架、外壳测量用光纤、漫射室、监测用光纤、照明用光纤、光源，信号转换部分包括连接环、滤色片、光电转换器、光电池，测量用光纤和照明用光纤的前端分别位于支架中，测量用光纤的前端面为接收窗，照明用光纤的前端面为照明窗，接收窗与照明窗面对面的放置在同一条直线上，测量用光纤的后端面位于连接环中，照明用光纤的后端面位于漫射室中，监测用光纤、光源均位于漫射室中；在信号转换部分中，滤色片位于光电池与测量用光纤和监测用光纤的后端面之间，光电转换电路位于测量装置的最后端。
文档编号G01N21/27GK2532482SQ02220059
公开日2003年1月22日 申请日期2002年4月19日 优先权日2002年4月19日
发明者陈家胜 申请人:南京师范大学