光纖探頭和采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計制造技術

一種光纖探頭，在測桿前端安裝有濃度傳感器和溫度傳感器，內腔中安裝有導光纖束、分纖盒、具有保護套的單芯光纖束、探測器和光源。傳感器包括輸入光纖、輸出光纖和45°角棱鏡。輸入光纖與光源相連，輸出光纖依次經導光纖束、分纖盒、具有保護套的單芯光纖束與探測器相連。輸入光纖將光導入45°角棱鏡，輸出光纖自45°角棱鏡接受的折射光經探測器輸出測量電信號。本實用新型專利技術還提供了采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計，包括2個放大器和一DSP處理器，2個放大器的輸出信號分別接至DSP處理器進行數據處理。其優點是：探頭尺寸小，光纖傳輸不受電磁場、大電流和高溫影響，安全可靠性高，安裝容易，可直接接入工藝生產線，實現了遠距離實時測量。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及檢測設備，特別涉及一種光纖探頭和采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計。
技術介紹
傳統的液體濃度測試有許多方法，包括阻抗法、電容法、超聲波聲納法、光學濁度法、色度測量法、以及近代發展起來的光學式工藝過程用濃度計。在以液體為主的各種產業的制造工藝過程中，傳統的光學式工藝過程用濃度計，包括元件和光學系統，是一個整體結 構。一般說來，制造生產線的現場，往往由于溫度、濕度、粉塵等設備環境惡劣，因此，傳統的光學式工藝過程用濃度計的光學系統，就要求能經受住這些環境條件。把它安裝到制造生產線上時，就要在制造生產線與光學系統之間連接一個抽樣裝置，無法實現遠距離測試。所以，傳統的光學式工藝過程用濃度計維修保養困難，安裝費用高。另外，傳統的光學式工藝過程用濃度計會受電磁場影響，因此配線需特殊考慮。
技術實現思路
本技術的目的就是要克服現有技術的上述缺陷，提供一種光纖探頭和采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計，其誤差小，可靠性高，不受電磁場、大電流和高溫的影響，探頭尺寸小，容易安裝和維護，可實現遠距離測試。為達上述目的，本技術提供的光纖探頭包括測桿，所述測桿的前端安裝有光纖傳感器，所述測桿的內腔中安裝有導光纖束、分纖盒、具有保護套的單芯光纖束、探測器和光源，所述光纖傳感器包括輸入光纖、輸出光纖和45°角棱鏡,所述45°角棱鏡位于所述測桿的外部，插入被測液體20中；所述輸入光纖與所述光源相連，所述輸出光纖依次經所述導光纖束、分纖盒、具有保護套的單芯光纖束與所述探測器相連，所述輸入光纖將光導入所述45°角棱鏡，所述輸出光纖自所述45°角棱鏡接受的折射光經所述探測器輸出測量電信號；所述光纖傳感器為2個，包括濃度傳感器和溫度傳感器，所述探測器包括濃度探測器和溫度探測器，所述光源包括激光光源和LED光源，所述激光光源用于所述濃度傳感器，所述LED光源用于所述溫度傳感器，所述溫度探測器的輸出光纖接收端面設有ASGA半導體材料層。本技術光纖探頭，其中所述激光光源經光纖連接有第一光亮檢測器，所述LED光源經另一光纖連接有第二光亮檢測器，所述第一光亮檢測器和第二光亮檢測器分別輸出各自的光亮檢測信號。本技術光纖探頭，其中所述激光光源采用半導體激光器，其波長為650nm，所述激光電源設有光能控制電路，所述LED光源的波長為910nm。本技術光纖探頭，其中所述探測器采用硅光電池。本技術光纖探頭，其中在所述濃度傳感器中，所述45°角棱鏡替換為圓弧形光纖，所述圓弧形光纖位于所述測桿的外部，插入被測液體中，輸入光纖將光導入所述圓弧形光纖，輸出光纖自所述圓弧形光纖接受的反射光經所述濃度探測器輸出測量電信號。本技術光纖探頭，其中在所述濃度傳感器中，所述45°角棱鏡替換為裸光纖，所述裸光纖位于所述測桿的外部，插入被測液體中，輸入光纖將光導入所述裸光纖，輸出光纖自所述裸光纖接受的光經所述濃度探測器輸出測量電信號。為達上述目的，本技術提供的采用所述光纖探頭的復合式液體光纖濃度計，還包括與該光纖探頭相連的測試系統，所述測試系統包括與所述濃度探測器相連的第一放大器和與所述溫度探測器相連的第二放大器、與所述激光光源相連的第一光亮檢測器和與所述LED光源相連的第二光亮檢測器，以及一 DSP處理器，所述第一放大器、第二放大器、第一光亮檢測器和第二光亮檢測器的輸出信號分別接至所述DSP處理器，所述DSP處理器連接有顯示器和輸出端口。本技術提供的復合式液體光纖濃度計，其中所述第一放大器連接有第一靈敏度調節器和第一零點調節器，所述第二放大器連接有第二靈敏度調節器和第二零點調節器。 本技術光纖探頭和采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計的優點是由于光纖是由玻璃或塑料制成，因而不怕液體或氣體的腐蝕。探頭尺寸小，而且由于光纖是柔性的，對被測液體或氣體的流阻很小，且光纖傳輸不受電磁場、大電流和高溫的影響，因此安全和可靠性好、誤差小、安裝和維護容易，配線不許特殊考慮。由于檢測端與主機是分離的，檢測端直接插入樣品就能進行測量，不需要特別的插樣裝置，能夠直接納入工藝過程生產線，實現了遠距離實時測量。因此，在以液體為主的各種產業的制造工藝過程中，不需要選擇特別的場所，在測試環境惡劣的場所，如高溫、高濕，遇到風雨的室外以及需要防爆的工藝過程的管道中都能使用。附圖說明圖I是光纖探頭的結構示意圖；圖2是光纖傳感器的結構示意圖；圖3是另一種光纖傳感器的結構示意圖；圖4是第三種光纖傳感器的結構不意圖；圖5是復合式液體光纖濃度計的方框圖；圖6是溫度傳感器的結構示意圖；圖7是激光電源的光能控制電路圖；圖8是光亮檢測器的電路圖。具體實施方式光纖濃度傳感器的工作原理如下一束光從一種介質(折射率nl)入射到第二種介質(折射率n2)中，根據Snell定律，入射角ΘI與折射角Θ 2滿足如下關系式nlSin Θ l=n2Sin Θ 2----------(I)與入射面平行和垂直的反射系數由Fresnel公式表示式(I)rp=-tg ( Θ I- Θ 2) /tg ( Θ 1+ Θ 2)------------(2)rs=-Sin ( θ I- θ 2) /Sin ( θ 1+ θ 2)----------(3)光的反射率為R= (rp2+rs2) 1/2---------(4)光的反射強度為IR=rp2Iop+rs2Ios------------(5)Io=Iop+Ios為入射光強,腳標p s分別代表偏振面與入射面相平行與垂直的分量。對于選定的光纖，其nl為定值、Θ I也為定值，它接觸到不同折射率的液體時，由式(I)式n2=nlSin Θ I/Θ 2，對于式(2) (3)的Θ2決定於n2。因此n2取不同的值，直接決定了 IR的值。微型光纖折射率濃度傳感器就是利用這種原理而設計的。以下結合附圖詳細說明本技術一種光纖探頭和采用該光纖探頭的復合式液體光纖濃度計的實施例。參照圖1，本技術提供的光纖探頭，在測桿的前端安裝有光纖傳感器1，測桿的內腔中安裝有導光纖束2、分纖盒3、具有保護套的單芯光纖束4、探測器和光源。結合參照圖2或圖6,光纖傳感器I包括輸入光纖31、輸出光纖33和45°角棱鏡32,45°角棱鏡32位于測桿的外部，光纖傳感器長度不超過50mm，插入被測液體20中采集濃度和溫度信號。輸入光纖31與光源相連，輸出光纖33依次經導光纖束2、分纖盒3、具有保護套的單芯光纖束4與探測器相連。輸入光纖31將光導入45°角棱鏡32,輸出光纖33由45°角棱鏡32接受的折射光經探測器輸出測量電信號。測桿信號傳輸部分的長度根據用戶需要而定，設計長度為2米，一般不超過4米。由于化合液體的生產現場存在溫度和濃度同時的狀態變化，所以，在本技術提供的光纖探頭的實施例中，利用大芯徑石英光纖構成濃度和溫度的復合傳感器，兩根光纖組成濃度傳感器，兩根光纖組成溫度傳感器，安裝在同一個探頭內。所以，光纖傳感器I為2個，包括濃度傳感器和溫度傳感器，分別采用如圖2和圖6所示的結構。探測器包括濃度探測器5和溫度探測器6，光源包括激光光源7和LED光源8。激光光源7用于濃度傳感器，米用半導體激光器，其波長為650nm。LED光源8用于溫度傳感器，波長為910nm。探測器采用硅光電池。分纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖探頭，包括測桿，其特征在于：所述測桿的前端安裝有光纖傳感器（1），所述測桿的內腔中安裝有導光纖束（2）、分纖盒（3）、具有保護套的單芯光纖束（4）、探測器和光源，所述光纖傳感器（1）包括輸入光纖（31）、輸出光纖（33）和45°角棱鏡（32），所述45°角棱鏡（32）位于所述測桿的外部，插入被測液體（20）中；所述輸入光纖（31）與所述光源相連，所述輸出光纖（33）依次經所述導光纖束（2）、分纖盒（3）、具有保護套的單芯光纖束（4）與所述探測器相連，所述輸入光纖（31）將光導入所述45°角棱鏡（32），所述輸出光纖（33）自所述45°角棱鏡（32）接受的折射光經所述探測器輸出測量電信號；所述光纖傳感器（1）為2個，包括濃度傳感器和溫度傳感器，所述探測器包括濃度探測器（5）和溫度探測器（6），所述光源包括激光光源（7）和LED光源（8），所述激光光源（7）用于所述濃度傳感器，所述LED光源（8）用于所述溫度傳感器，所述溫度探測器（5）的輸出光纖（33）接收端面設有ASGA半導體材料層（34）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳云欽，
申請(專利權)人：陳云欽，
類型：實用新型
國別省市：