专利名称：一种动态实时检测液体浓度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动态实时检测液体浓度的装置。
背景技术：
在许多生产生活重要领域，诸如水污染的控制、病理诊断和药品的研制、食品生产和产品质量的监控等，不仅需要可靠获取所含成分参量，更需要得到其成分浓度的变化信 息。因而，对液体浓度进行实时监测具有十分重要的意义。到目前为止已有多种浓度监测方法见报，国外有平面荧光法、热标记法、干涉测量 法、相位锁定超声波法等；国内有浮力法、重力法、静压法、折光法、振动法、同位素法、势力 学法及电导法等。然而现有的这些溶液浓度传感器大都采用离线测量的方法，不仅操作复杂，而且 周期长，所以为了实现快速而准确的测量，必须采用在线测量方法。申请日1986年4月22 日，专利号CN86202511中国实用新型专利《光纤溶液浓度传感器》公开了一种光纤溶液浓 度在线测量的方法。它包括光纤(塑料、玻璃或石英)探测头、可见光LED、，PIN 二极管、 光纤耦合接头；通过LED输出功率与PIN管接收功率的温度系数相配合并与探测头一起置 于溶液中，再用PIN管的偏压调节电位器实现了 0 60°C范围的温度补偿。测量精度为 0. 5-1. 5%。此传感器虽然可以实现在线测量，但该光纤溶液浓度传感器以光功率作为标 定参量，光功率容易受外界环境因素的影响，因而测量的稳定性不够好，且测量精度不是很 尚ο
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种动态实时检测液体浓度的装置，在实 现在线测量的同时，避免了现有技术中测量的稳定性和测量精度不高的问题。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种动态实时检测液体浓度的装 置，包括宽带光源，光纤传感头，光接收部。光纤探测头通过光纤接头座分别与宽带光源和 光接收部相连，并且采用长周期光纤光栅作为光纤传感头。本实用新型的有益效果是长周期光纤光栅是在光纤上利用紫外光照射实现折射 率调制得到的，其一方面具有体积小、重量轻，可弯曲的好处，同时其以波长编码可以免受 光源波动的影响，从而达到提高测量稳定性的目的；另一方面，其透射谱是把纤芯基模耦合 到同向传输的包层模产生的，所以透射谱的谐振波长与其所处的外界环境折射率敏感，夕卜 界环境折射率发生微小的变化，就可以使长周期光纤光栅的谐振波长发生很大的变化。溶 液浓度与其折射率具有一定的对应关系，在已知二者对应关系的前提下，通过测量溶液的 折射率可反推出溶液的浓度。最后通过测量长周期光纤光栅的波长反演出溶液的浓度。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述动态实时检测液体浓度的装置，其采用两个长周期光纤光栅级联构 成马赫_曾德尔干涉仪作为传感头。[0010]因为长周期光纤光栅的透射谱的带宽比较宽在IOnrn左右，对提高测量精度不利。 采用上述进一步方案的有益效果是针对长周期光纤光栅带宽宽的缺点，采用两个长周期光 纤光栅级联构成马赫_曾德尔干涉仪，压缩其带宽，带宽被压缩的同时，测量精度也得到了 大幅提高。进一步，所述动态实时检测液体浓度的装置，所述光接收部包括通过光纤接头座 与光纤传感头相连F-P可调滤波器和与其相连的光电探测器。通常长周期光纤光栅的谐振波长采用光谱仪测量，非常简单。但利用光谱仪测量 存在光谱仪价格昂贵，对传感器的实用化有很大的限制作用。采用上述进一步方案的有益 效果是针对用光谱仪直接测量长周期光纤光栅谐振波长的不足，采用价格相对便宜的F-P 可调滤波器进行时域解调。进一步，动态实时检测液体浓度的装置中的光电探测器为PIN光电二极管。进一步，动态实时检测液体浓度的装置中的宽带光源为LED光源。进一步，动态实时检测液体浓度的装置中的光接收部包括控制F-P可调滤波器的 控制器。进一步动态实时检测液体浓度的装置包括与光电探测器相连的示波器。
图1为本实用新型动态实时检测液体浓度的装置框图；图2为本实用新型中长周期光纤光栅透射谱图；图3为本实用新型示波器显示的不同浓度下的输出曲线图；图4为本实用新型结构图。附图中，各标号所代表的部件列表如下(1)、光纤光栅干涉仪，(2)、光纤接头座，(3)、LED光源，(4)、散热后盖，(5)、LED光 源和PIN光电二极管的电极引线、(6)PIN光电二极管、(7)F-P可调滤波器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1所示，本实用新型是包括宽带光源(中心波长为1. 55um，带宽为60nm)，光 纤传感头(两个完全相同的长周期光纤光栅构成，其在室温且不弯曲不受力情况下的透射 谱谐振波长为λ = 1498. 96nm)，由图2可知，虚线为单个长周期光纤光栅的透射谱，带宽较 宽；实线为两个长周期光纤光栅级联后的干涉谱，级联后透射谱被调制，每个干涉峰的带宽 大大小于单个长周期光纤光栅的带宽。F-P可调滤波器及其控制器，控制器产生三角波信 号加到F-P可调滤波器上，使某一干涉小峰透过，光电探测器将光信号转换成电信号，放大 后，由示波器接收。图3所示为示波器显示图，从上到下的三根曲线分别表示控制器产生的三角波，溶液浓度为O时的功率谱曲线以及溶液浓度35. 64698g/L时的功率谱曲线，当F-P可调滤 波器(自由光谱范围为IOOnm)，电压变化范围为6. 7V 18. 9V，电压频率为120Hz，输出光 波扫过携带待测参量的干涉小峰与之交迭时，探测器(New Focus 2011)接收的光强大为减弱，在三角波的驱动下，一个周期内，功率谱曲线上将形成两个负脉冲。通过观测两个负脉冲在时域中间隔的变化，实现溶液浓度的测量。当溶液浓度从0变为35. 64698g/L时，时间间距变化大约1. 5ms，浓度测量精度为 2%以上。图4是本实用新型的实施例，光纤光栅可以由石英或玻璃光纤构成。此结构要求 密封，防止腐蚀性溶液进入腐蚀元件，外套筒可用不锈钢或聚四氟乙烯制成。图中(1)是光 纤光栅干涉仪(由两个相同的长周期光纤光栅级联而成，谐振波长在1. 55um附近)，(2)光 纤接头座(法兰盘)，(3) LED光源(中心波长1.55·，带宽60nm)，(4)散热后盖，(5) LED光 源和PIN光电二极管的电极引线，(6)PIN光电二极管，(7)F-P可调滤波器。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求一种动态实时检测液体浓度的装置，包括宽带光源，光纤传感头，光接收部。光纤探测头通过光纤接头座分别与宽带光源和光接收部相连，其特征在于，采用长周期光纤光栅作为光纤传感头。
2.根据权利要求1所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，采用两个长周 期光纤光栅级联构成马赫-曾德尔干涉仪作为传感头。
3.根据权利要求1所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，所述光接收部 包括通过光纤接头座与光纤传感头相连的F-P可调滤波器和与其相连的光电探测器。
4.根据权利要求3所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，所述光电探测 器为PIN光电二极管。
5.根据权利要求1所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，宽带光源为LED 光源。
6.根据权利要求3所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，所述光接收部 包括控制F-P可调滤波器的控制器。
7.根据权利要求3所述的动态实时检测液体浓度的装置，其特征在于，动态实时检测 液体浓度的装置包括与光电探测器相连的示波器。
专利摘要本实用新型涉及一种动态实时检测液体浓度的装置。该装置包括宽带光源，光纤传感头，光接收部，其中光纤传感头采用长周期光纤光栅，因此提高了测量的稳定性和测量精度。并且，当采用两个长周期光纤光栅级联构成马赫-曾德尔干涉仪作为传感头，可进一步提高测量精度。
文档编号G01N21/45GK201589751SQ20092029301
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者包蕾, 王金霞, 赵洪霞 申请人:赵洪霞