一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，包括收发一体全光纤探头和信号控制处理模块，所述收发一体全光纤探头包括Y型探头光纤束和探头尖端，所述信号控制处理模块包括控制器、驱动电路、激光器、单光子探测器、信号处理器、存储器和显示器。本发明专利技术还提供一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置的检测方法。本发明专利技术利用收发一体全光纤探头代替传统的环形器作为零度后向透射光的接收端，实现了小型化全光纤结构探测，具有灵敏度高、抗干扰能力强的优点，易于实现远距离、狭窄工作环境空间的检测，为移动便携式小型化的水质检测设备提供了技术保障。

Submerged transceiver integrated whole optical fiber structure liquid turbidity detecting device and method

The present invention provides an immersion transceiver all fiber structure liquid turbidity detection device, including transceiver all fiber probe and the signal processing module, wherein the transceiver all fiber probe including Y type probe, optical fiber bundle and the tip of the probe, the signal processing module comprises a controller, driving circuit, laser, single photon detector, signal processor, memory and display. The invention also provides a method for detecting a submerged transceiver whole optical fiber structure liquid turbidity detection device. The invention uses circulator transceiver all fiber probe instead of as zero after receiving the transmitted light to the end, to achieve the detection of miniaturization all fiber structure, has the advantages of high sensitivity, strong anti-interference ability, easy to realize long-distance and narrow working environment detection, and provide technical support for water testing equipment mobile portable mini.

【技术实现步骤摘要】
一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置及方法
本专利技术涉及环境水中悬浮物浓度检测
，具体是一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置及方法。
技术介绍
随着工农业生产和城市建设的发展、人口的增长以及人民生活水平的提高，用水量和污水排放量都大幅度增加。由于大量的工业废水和生活污水排入河流水体，水环境质量严重恶化，地表水和地下水受到不同程度的污染。目前国际上对水中悬浮物浓度的检测方法包括传统的称质量法、光学传感器、激光衍射、遥感等。经过对比和研究发现光学法更加适合实时监测水中悬浮物浓度，更加适用一些特殊环境下的检测，也是未来轻便、可携带浊度仪器的发展方向。目前国内外的各种浊度测量系统都难以实现狭小空间且环境特别恶劣条件下的在线浊度测量，比如对狭窄的油井进行检测，一般的测量系统都因为体积庞大而无法正常工作，唯一的办法只能通过收发一体的探头探入到待测处进行检测。这种检测方式不仅满足了在狭窄空间工作的条件，而且避免了信号处理电路在特殊环境下的不稳定性，保证了测量结果的准确性和抗干扰能力。为了应对上面提出的问题，一些新的检测方式被提出，如中国专利技术专利ZL201210401753.4提出了一种光纤式激光液体浊度测量装置及测量方法，利用环形器以达到收发一体的目的。由于环形器的工作特性，逆向获得光信号是被抑制的，因此获得的光信号很少，检测的范围很小，而且环形器的体积相对较大，不利于狭小范围和检测系统的集成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置及方法，弥补现有水质浊度测量技术的不足，尤其是解决现有测量设备不能快速实时测量、体积庞大、不易携带、抗干扰差等问题。本专利技术的技术方案为：一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，该装置包括收发一体全光纤探头和信号控制处理模块，所述收发一体全光纤探头包括Y型探头光纤束和探头尖端，所述信号控制处理模块包括控制器、驱动电路、激光器、单光子探测器、信号处理器、存储器和显示器；所述Y型探头光纤束由若干光源光纤束和若干探测光纤束通过光纤耦合器汇聚构成，所述Y型探头光纤束的汇聚端与探头尖端嵌套连接，所述探头尖端为周向开设有若干壁孔的中空圆柱结构，其内部位于Y型探头光纤束汇聚端的后端依次设有透镜和平面镜；所述控制器的输出端通过驱动电路与激光器的输入端连接，所述激光器的输出端通过光纤跳线与光源光纤束连接，所述探测光纤束通过光纤跳线与单光子探测器的输入端连接，所述单光子探测器的输出端通过信号处理器与存储器的输入端连接，所述存储器与控制器交互式连接，所述控制器的输出端与信号处理器的输入端、显示器的输入端连接。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，当该装置用于检测浊度低于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束的数目少于探测光纤束的数目；当该装置用于检测浊度高于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束的数目多于探测光纤束的数目。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，所述光源光纤束和探测光纤束在Y型探头光纤束的汇聚端截面上的几何分布为均匀有规则的形状。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，所述探头尖端采用吸光材料制备。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，所述平面镜到Y型探头光纤束汇聚端的距离在0～10cm之间。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，所述平面镜到Y型探头光纤束汇聚端的距离为5cm。所述的一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置的检测方法，包括以下顺序的步骤：a、将Y型探头光纤束固定，并将探头尖端浸入待测液中，使待测液通过壁孔流入探头尖端内部；b、控制器通过驱动电路点亮激光器，并对激光器进行恒定光强控制；c、稳定后的激光器发出的激光信号通过光源光纤束进入探头尖端，经透镜聚焦后，照射到探头尖端内部的待测液上，然后经过平面镜的反射，再次照射到探头尖端内部的待测液上，实现激光信号在探头尖端内部待测液上的来回传输；d、从探头尖端内部待测液出射的激光信号经透镜聚焦后通过探测光纤束传输到单光子探测器；e、单光子探测器将接收到的激光信号转换成光子脉冲信号，并发送给信号处理器，信号处理器对光子脉冲信号进行计数，并将得到的光子脉冲数存入存储器；f、控制器调用存储器内的光子脉冲数以及预存的光子脉冲数与浊度之间的标定关系反演出待测液的浊度，存入存储器并在显示器上显示。所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置的检测方法，步骤f中，所述光子脉冲数与浊度之间的标定关系，通过以下步骤获得：f1、选取一组同梯度不同浊度的福尔马荆标准液作为检测对象；f2、将清洁过的探头尖端先后浸入各个检测对象中，控制器通过驱动电路关闭激光器，在无光源的情况下，单光子探测器仅接收到外界干扰信号，经信号处理器处理后，换算得到各个检测对象对应的基底光子脉冲数；f3、将清洁过的探头尖端浸入某个检测对象中，控制器通过驱动电路启动激光器，在有光源的情况下，信号处理器对单光子探测器探测到的激光信号进行处理，换算得到此时该检测对象对应的总光子脉冲数，去除其对应的基底光子脉冲数，得到该检测对象对应的光子脉冲数；f4、重复步骤f3，得到各个检测对象即一组同梯度不同浊度的福尔马荆标准液对应的光子脉冲数；f5、以光子脉冲数为纵坐标，以标准液浊度值为横坐标，画出福尔马荆标准液浊度变化对应光子脉冲数变化的关系曲线，并对画出的关系曲线进行指数拟合，获得光子脉冲数与浊度之间的标定关系。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术检测时只需要将探头尖端浸入待测液，无需其他辅助设备对待测液进行采集，使得结构简单，易于小型化和低成本，采用浸入检测方式，避免了样品池的壁厚对散射区域的大小和相对位置的影响，提高了检测的准确度；（2）本专利技术采用收发一体的结构形式易于一体集成和小型化、低成本，便于在狭小空间内的检测，收发一体全光纤探头为全光纤结构，避免了外界环境的干扰，提高了系统的信噪比；（3）本专利技术通过对光源光纤束和探测光纤束的数目和在汇聚端截面上的几何分布进行选择，扩大了测量范围，可以灵活地使用在各种特定情况下，同时并不增加制作工艺难度以及装置的体积和成本；（4）本专利技术的收发一体全光纤探头的制作材料可以采用耐高温的光纤，适用于高温浊度检测条件下，因此可以应用在固定高温油田的检测场合，同时微型化的结构也可以应用到移动水源浊度检测方面。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图；图2是本专利技术的探头尖端的立体视图；图3是本专利技术的Y型探头光纤束汇聚端的截面图；图4是本专利技术的光源光纤束的分布截面图；图5是本专利技术的探测光纤束的分布截面图；图6是本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。如图1～图5所示，一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，包括收发一体全光纤探头1和信号控制处理模块2，其中，收发一体全光纤探头1包括Y型探头光纤束11和探头尖端12，信号控制处理模块2包括控制器21、驱动电路22、激光器23、单光子探测器24、信号处理器25、存储器26和显示器27。Y型探头光纤束11由若干光源光纤束111和若干探测光纤束112通过光纤耦合器113汇聚构成，Y型探头光纤束11的汇聚端与探头尖端12嵌套连接，探头尖端12为周向开设有若干壁孔121的中空圆柱结构，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：该装置包括收发一体全光纤探头（1）和信号控制处理模块（2），所述收发一体全光纤探头（1）包括Y型探头光纤束（11）和探头尖端（12），所述信号控制处理模块（2）包括控制器（21）、驱动电路（22）、激光器（23）、单光子探测器（24）、信号处理器（25）、存储器（26）和显示器（27）；所述Y型探头光纤束（11）由若干光源光纤束（111）和若干探测光纤束（112）通过光纤耦合器（113）汇聚构成，所述Y型探头光纤束（11）的汇聚端与探头尖端（12）嵌套连接，所述探头尖端（12）为周向开设有若干壁孔（121）的中空圆柱结构，其内部位于Y型探头光纤束（11）汇聚端的后端依次设有透镜（122）和平面镜（123）；所述控制器（21）的输出端通过驱动电路（22）与激光器（23）的输入端连接，所述激光器（23）的输出端通过光纤跳线与光源光纤束（111）连接，所述探测光纤束（112）通过光纤跳线与单光子探测器（24）的输入端连接，所述单光子探测器（24）的输出端通过信号处理器（25）与存储器（26）的输入端连接，所述存储器（26）与控制器（21）交互式连接，所述控制器（21）的输出端与信号处理器（25）的输入端、显示器（27）的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：该装置包括收发一体全光纤探头（1）和信号控制处理模块（2），所述收发一体全光纤探头（1）包括Y型探头光纤束（11）和探头尖端（12），所述信号控制处理模块（2）包括控制器（21）、驱动电路（22）、激光器（23）、单光子探测器（24）、信号处理器（25）、存储器（26）和显示器（27）；所述Y型探头光纤束（11）由若干光源光纤束（111）和若干探测光纤束（112）通过光纤耦合器（113）汇聚构成，所述Y型探头光纤束（11）的汇聚端与探头尖端（12）嵌套连接，所述探头尖端（12）为周向开设有若干壁孔（121）的中空圆柱结构，其内部位于Y型探头光纤束（11）汇聚端的后端依次设有透镜（122）和平面镜（123）；所述控制器（21）的输出端通过驱动电路（22）与激光器（23）的输入端连接，所述激光器（23）的输出端通过光纤跳线与光源光纤束（111）连接，所述探测光纤束（112）通过光纤跳线与单光子探测器（24）的输入端连接，所述单光子探测器（24）的输出端通过信号处理器（25）与存储器（26）的输入端连接，所述存储器（26）与控制器（21）交互式连接，所述控制器（21）的输出端与信号处理器（25）的输入端、显示器（27）的输入端连接。2.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：当该装置用于检测浊度低于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束（111）的数目少于探测光纤束（112）的数目；当该装置用于检测浊度高于一定阈值的待测液时，所述光源光纤束（111）的数目多于探测光纤束（112）的数目。3.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述光源光纤束（111）和探测光纤束（112）在Y型探头光纤束（11）的汇聚端截面上的几何分布为均匀有规则的形状。4.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述探头尖端（12）采用吸光材料制备。5.根据权利要求1所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述平面镜（123）到Y型探头光纤束（11）汇聚端的距离在0～10cm之间。6.根据权利要求5所述的浸入式收发一体全光纤结构液体浊度检测装置，其特征在于：所述平面镜（123）到Y型探头光纤束（11）汇聚端的距离为5cm。7.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕钦，秦飞虎，桂华侨，刘建国，胡俊涛，曹阳阳，孙强，吕亮，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34