本发明专利技术公开了一种溶液折射率检测的光纤传感检测装置，包括宽带光源装置、光纤折射率传感器和光谱分析仪，光纤折射率传感器包括薄芯光纤、无芯光纤和两根单模光纤，依次熔接构成单模光纤‑薄芯光纤‑无芯光纤‑单模光纤的结构，其两端分别接入宽带光源装置和光谱分析仪。本发明专利技术还公开了一种折射率的检测方法，将光纤折射率传感器中的薄芯光纤和无芯光纤浸入在溶液中，获得其相应的透射光谱图，选取相应的特征峰的中心波长，根据公式计算得到溶液的折射率。本发明专利技术中的光纤传感检测装置结构简单，成本低廉，对溶液检测得到的折射率灵敏度高，折射率检测范围较大。
【技术实现步骤摘要】
溶液折射率检测的光纤传感检测装置及折射率检测方法
本专利技术涉及一种光纤传感领域，具体涉及一种溶液折射率检测的光纤传感检测装置及折射率检测方法。
技术介绍
近年来，光纤传感器因具其灵活性强、制造方便、抗电磁干扰，耐高温，能适应苛刻的环境等优点，被广泛地应用于物理、生物、化学等领域。因为其独有的优势，光纤传感器已广泛应用于物理参数的测量领域。例如折射率、应变、温度、湿度、曲率等。在上述参数中，折射率、应变和温度是诸多生活应用中的重要参数。到目前为止，人们已提出了许多测量应变、温度和折射率的光纤传感结构。2008年，田兆兵等人提出了一种双锥形单模光纤马赫-曾德尔干涉仪。它具有制作简单、成本低等优点。测量灵敏度的折射率较低。在折射率为1.315-1.3618的范围内，折射率灵敏度仅为17.1nm/RIU；2012年，刘奇提出用化学腐蚀法制作了锥形光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪，灵敏度为199nm/RIU。但在制作工艺复杂且机械强度低；2013年，邵敏等人设计了一种基于多模光纤芯夹在两根腰大的光纤锥之间的马赫曾德尔干涉仪，用于测量折射率传感。但却存在严重的温度交叉敏感；2018年，张娜等人提出了一种多参量的微型光纤折射率传感器，折射率灵敏度为131.93nm/RIU。但是该传感器的机械强度较低且存在与温度的交叉敏感。在综上所述的研究中，现有传感技术有的传感器制作复杂，有的折射率灵敏度较低，有的折射率检测范围较小，均限制了光纤传感器的应用。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种成本低廉，结构简单，折射率灵敏度高，折射率检测范围较大的溶液折射率检测的光纤传感检测装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种溶液折射率检测的光纤传感检测装置，包括宽带光源装置、光纤折射率传感器和光谱分析仪，光纤折射率传感器包括薄芯光纤、无芯光纤和两根单模光纤，薄芯光纤的纤芯直径小于单模光纤的纤芯直径，薄芯光纤的一端与无芯光纤的一端熔接在一起，其中一根单模光纤的一端与薄芯光纤且远离无芯光纤的一端熔接，另一端接入宽带光源装置的输出端，另外一根单模光纤的一端与无芯光纤且远离薄芯光纤的一端熔接，另一端连接在光谱分析仪的输入端，薄芯光纤与无芯光纤呈直线状态。作为优化，所述光纤折射率传感器且位于所述薄芯光纤和所述无芯光纤处设置有光纤固定装置，光纤固定装置包括固定底座，固定底座的上表面相隔且固定连接有两个同中心线设置的固定环，固定环的中心线呈水平设置，所述光纤折射率传感器穿过于两个固定环，所述薄芯光纤、所述无芯光纤以及所述薄芯光纤和所述无芯光纤分别与所述单模光纤的熔接处均位于两个固定环之间的位置，固定底座且位于沿两个固定环相背方向的外侧分别设置有光纤支架，光纤支架的顶部相对设置有两个位于同一水平方向上的U形支架，U形支架所在平面相互平行设置，U形支架的水平高度高于固定环的水平高度，U形支架的底部固定连接有支杆且通过支杆固定在其所在光纤支架上，两根所述单模光纤分别穿过于在其所在一侧的两个U形支架内部且其纤身置于在U形支架的内底面上，所述单模光纤且位于同一侧的两个U形支架之间的纤身上挂接有配重块以能够对所述薄芯光纤和所述无芯光纤进行拉直提供拉力。本专利技术还公开了一种溶液折射率的检测方法，包括以下步骤：(1)获取上述的溶液折射率检测的光纤传感检测装置，并配置多个不同折射率的溶液；(2)将光纤折射率传感器置于其中一个折射率的溶液中，在将光纤折射率传感器置于溶液中时，光纤折射率传感器中的薄芯光纤、无芯光纤以及薄芯光纤和无芯光纤分别与单模光纤的熔接处均处于溶液内，并且使薄芯光纤与无芯光纤呈直线状态，打开宽带光源装置后记录光谱分析仪上的透射光谱；(3)重复步骤(2)对所有的溶液进行检测并记录其透射光谱，选取各透射光谱中同一段中的干涉波谷，并通过线性拟合得到y＝a+bx，即x＝(y-a)/b,其中y为透射光谱中选取波谷对应的中心波长，a为折射率趋近于0时对应波谷的中心波长，b为折射率的灵敏度，x为折射率；(4)获取未知折射率溶液，将光纤折射率传感器置于未知折射率溶液中，光纤折射率传感器中的薄芯光纤、无芯光纤以及薄芯光纤和无芯光纤分别与单模光纤的熔接处均处于未知折射率溶液内，并且使薄芯光纤和无芯光纤的中心线位于同一直线上，打开宽带光源装置后记录光谱分析仪上的透射光谱，选取与步骤(2)中透射光谱同一段相应的波谷，获得其对用的中心波长值，代入公式x＝(y-a)/b得到溶液的折射率。作为优化，获取上述的所述光纤固定装置和两个所述光纤支架，在步骤(2)和步骤(4)中，在获取溶液的透射光谱图时，先将所述光纤折射率传感器穿过两个所述固定环，使所述薄芯光纤、所述无芯光纤以及所述薄芯光纤和所述无芯光纤分别与所述单模光纤的熔接处均位于两个所述固定环之间，然后将所述固定底座放置于所述溶液中，接着将两个所述光纤支架分别对应架设在所述溶液外的两根所述单模光纤处，所述单模光纤的纤身置于在对应一侧的两个U形支架的内底面上，之后将所述配重块挂接在所述单模光纤且位于同一侧的两个所述U形支架之间的纤身上，利用配重块的重力使所述薄芯光纤和所述无芯光纤处于拉直状态，最后打开所述宽带光源装置后记录所述光谱分析仪上的透射光谱。综上所述，本专利技术的有益效果在于：本专利技术中的光纤传感检测装置结构简单，成本低廉，对溶液检测得到的折射率灵敏度高，折射率检测范围较大。附图说明为了使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术中光纤折射率传感器的熔接结构示意图；图2为本专利技术实施例中9.5cm长度的薄芯光纤与8.5cm长度的无芯光纤组合模式下溶液的透射光谱图；图3为本专利技术实施例中8.5cm长度的薄芯光纤与9.5cm长度的无芯光纤组合模式下溶液的透射光谱图；图4为本专利技术实施例中8.5cm长度的薄芯光纤与8.5cm长度的无芯光纤组合模式下溶液的透射光谱图；图5为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在折射率为1.3331、1.3377、1.3424和1.3470溶液中的相应波谷的透射光谱图；图6为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在折射率为1.3516、1.3562、1.3609和1.3655溶液中的相应波谷的透射光谱图；图7为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在折射率为1.3701、1.3747和1.3794溶液中的相应波谷的透射光谱图；图8为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在温度为15℃、25℃、35℃和45℃溶液中的透射光谱图；图9为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在温度为55℃、65℃、75℃和85℃溶液中的透射光谱图；图10为本专利技术实施例中光纤折射率传感器在相同折射率下的氯化钠溶液、酒精、蔗糖溶液和甘油的透射光谱图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本具体实施方式中的溶液折射率检测的光纤传感检测装置，包括宽带光源装置、光纤折射率传感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种溶液折射率检测的光纤传感检测装置，其特征在于：包括宽带光源装置、光纤折射率传感器和光谱分析仪，光纤折射率传感器包括薄芯光纤、无芯光纤和两根单模光纤，薄芯光纤的纤芯直径小于单模光纤的纤芯直径，薄芯光纤的一端与无芯光纤的一端熔接在一起，其中一根单模光纤的一端与薄芯光纤且远离无芯光纤的一端熔接，另一端接入宽带光源装置的输出端，另外一根单模光纤的一端与无芯光纤且远离薄芯光纤的一端熔接，另一端连接在光谱分析仪的输入端，薄芯光纤与无芯光纤呈直线状态。/n
【技术特征摘要】
1.一种溶液折射率检测的光纤传感检测装置，其特征在于：包括宽带光源装置、光纤折射率传感器和光谱分析仪，光纤折射率传感器包括薄芯光纤、无芯光纤和两根单模光纤，薄芯光纤的纤芯直径小于单模光纤的纤芯直径，薄芯光纤的一端与无芯光纤的一端熔接在一起，其中一根单模光纤的一端与薄芯光纤且远离无芯光纤的一端熔接，另一端接入宽带光源装置的输出端，另外一根单模光纤的一端与无芯光纤且远离薄芯光纤的一端熔接，另一端连接在光谱分析仪的输入端，薄芯光纤与无芯光纤呈直线状态。
2.根据权利要求1所述的溶液折射率检测的光纤传感检测装置，其特征在于：所述光纤折射率传感器且位于所述薄芯光纤和所述无芯光纤处设置有光纤固定装置，光纤固定装置包括固定底座，固定底座的上表面相隔且固定连接有两个同中心线设置的固定环，固定环的中心线呈水平设置，所述光纤折射率传感器穿过于两个固定环，所述薄芯光纤、所述无芯光纤以及所述薄芯光纤和所述无芯光纤分别与所述单模光纤的熔接处均位于两个固定环之间的位置，固定底座且位于沿两个固定环相背方向的外侧分别设置有光纤支架，光纤支架的顶部相对设置有两个位于同一水平方向上的U形支架，U形支架所在平面相互平行设置，U形支架的水平高度高于固定环的水平高度，U形支架的底部固定连接有支杆且通过支杆固定在其所在光纤支架上，两根所述单模光纤分别穿过于在其所在一侧的两个U形支架内部且其纤身置于在U形支架的内底面上，所述单模光纤且位于同一侧的两个U形支架之间的纤身上挂接有配重块以能够对所述薄芯光纤和所述无芯光纤进行拉直提供拉力。
3.一种溶液折射率的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）获取权利要求1中的溶液折射率检测的光纤传感检测装置，并配置多个不同折射率的溶液；
（2）将光纤折射率传感器置于其中一个折射率的溶液中，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓占，郑圆圆，冯文林，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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