一种液体盐度传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种基于F

【技术实现步骤摘要】
一种液体盐度传感装置

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[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种基于F
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P腔的液体盐度传感装置，能够对液体的盐度进行检测。

技术介绍
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[0002]折射率是光在真空中的传播速度与光在某介质中的传播速度之比，材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强，折射率是表征透明介质光学特性的重要物理量。折射率可用于研究透明液体的光学性质、浓度、组成和分散性。基于此，准确测量材料的折射率在工程和理论研究中都具有重要意义。除了使用经验公式估算折射率以外，还可以通过光学折射率，光学全反射和光纤光栅，表面等离子体共振，干涉测量，阿贝折射率法，二维光子晶体等方案测量折射率，其中，光学方法在抗电磁干扰、较高的灵敏度和较小的感测单元方面具有优异的性能。
[0003]传统的V型槽折射率仪测量方案都是基于PSD(光电探测器件)测量小偏转角的，PSD光电器件是一种光能/位置转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，具有广泛应用的价值，同时可对目标信号进行调制，能够显著提高系统的抗干扰能力，用于实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统，然而，由于PSD是通过检测斑点的质心的位置检测位置变化，所以诸如斑点的形状、大小和功率分布的重要信息将丢失。例如，中国专利201910316116.9公开的一种V型特种光纤的微量液体折射率测量装置，包括宽谱光源、光谱分析仪、光纤、V型槽光纤，V型槽光纤的一端依次连接光纤、宽谱光源，V型槽的另一端依次连接光纤、光谱分析仪，所述的V型槽光纤为轴向开口为α的特种光纤；V型槽光纤的开口角度α为20
°
至120
°
，V型槽光纤的直径为80μm至200μm；V型槽光纤两端接有的光纤为单模光纤或少模光纤、多模光纤、保偏光纤，实现对轴熔接或特定偏移量的偏轴熔接；使用微型注射分配器向V型槽中注入待测液体，微型注射分配器下端接有锥形蚀刻的毛细纤维管，注入待测液体的高度为V型槽的高度；V型槽光纤的材料为石英光纤或掺杂光纤；所述的V型槽光纤的制备方法为：使用金刚石锯在光纤预制棒的轴向开一个宽度为W，深度为D的矩形槽；开槽后的光纤预制棒放入光纤拉丝塔中，通过光纤拉丝塔的光纤卷取系统，控制拉丝塔参数，拉制出具有开口角度α的V形槽光纤；所述V型特种光纤内存在多个模式，宽谱光源从单模光纤注入V型特种光纤，激励起V型特种光纤的多个模式，形成多模干涉条纹，其输出频谱S(λ)为：其中N是V型特种光纤中被激励起的模式的个数，S0(λ)是入射光谱，ηi表示单模光纤输入的LP01模式与V型特种光纤中的第i个模式之间的耦合系数，是V型特种光纤第i个模式和第j个模式之间的相位差。CCD(电荷耦合元件)图像传感器能够同时检测光点形状和功率分布，CCD不仅可以测量折射率，还可以测量透明液体的温度和浊度，其中，CCD是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件，广泛应用于数码摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术，CCD系统的平均分辨率几乎是基于PSD系统的平均分辨
率的1.5倍，但是，其检测范围有限。例如，中国专利200720311359.6公开的一种多像元CCD图像传感器，包括至少两个单片线阵CCD图像传感器和一个可固定所有单片线阵CCD图像传感器的拼接平台，所述后一个单片线阵CCD图像传感器的前端与前一个单片线阵CCD图像传感器的后端平行搭接，所述多个单片线阵CCD图像传感器以“品”字状依次平行搭接，所述多个单片线阵CCD图像传感器以台阶状依次平行搭接，所述多像元CCD图像传感器还包括与单片线阵CCD图像传感器(1)数量一致的多个固定框，所述每个固定框固定一个单片线阵CCD图像传感器，所述多像元CCD图像传感器还包括设置在单片线阵CCD图像传感器背面的导热管；所述导热管通过与固定框连接的固定片紧贴在单片线阵CCD图像传感器的背面，所述多像元CCD图像传感器还包括与导热管连接的散热板，所述多像元CCD图像传感器还包括设置在单片线阵CCD图像传感器背面的导热管；所述导热管通过与拼接平台连接的固定片紧贴在单片线阵CCD图像传感器的背面，所述多像元CCD图像传感器还包括与导热管连接的散热板。研究表明，PSD与CCD器件的最大不同之处是PSD光电位置信号与照射强度相关，以及PSD信号的非线性影响，因而PSD传感装置主要用于一维和二维位置量检测。简而言之，光学方法具有检测方便、灵敏度高、能够快速测量液体折射率的优点，但是，还可以进一步提高检测范围和检测效果。因此，需要研发设计一种同时实现大量程和高精度的基于F
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P腔的液体盐度传感器，结合锁频原理，实现原位实时测量折射率，提高了光学测量液体盐度的灵敏度。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种液体盐度传感装置，根据原位测量得到的液体折射率，得到液体的盐度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种液体盐度传感装置的主体结构包括分别与激光器及其控制器、F
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P腔探头和光电探测器连接的环形器，以及与光电探测器连接的信号采集与反馈控制模块；此外，环形器与F
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P腔探头之间设置有光束准直器和模式匹配透镜，信号采集与反馈控制模块与激光器及其控制器连接，形成闭环。
[0006]本专利技术涉及的信号采集与反馈控制模块内置有乘法器、低通滤波器、PID控制器和信号发生器，由计算机控制。
[0007]本专利技术涉及的一种液体盐度传感装置的原理是：当F
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P腔探头中盛有液体时，液体的盐度改变将改变F
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P腔探头的折射率，液体的盐度变化使得激光器及其控制器的频率发生变化，激光器及其控制器的频率与激光器及其控制器的反馈电压为线性关系，基于此，根据激光器及其控制器的反馈电压能够得到液体的盐度。
[0008]本专利技术与现有技术相比，主体结构包括分别与激光器及其控制器、F
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P腔探头和光电探测器连接的环形器，以及与光电探测器连接的信号采集与反馈控制模块，信号采集与反馈控制模块与激光器及其控制器连接，形成闭环，其中，信号采集与反馈控制模块内置有乘法器、低通滤波器、PID控制器和信号发生器，使用时，将信号采集与反馈控制模块与计算机连接，将激光器及其控制器的频率锁定到F
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P腔探头上，激光器及其控制器的频率随着F
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P腔探头的折射率改变而改变，根据反馈电压的变化量得到液体折射率的变化量，从而得到液体的盐度变化量。
附图说明：
[0009]图1为本专利技术的主体结构示意图。
[0010]图2为本专利技术涉及的光束准直器与F
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P腔探头的位置关系示意图。
[0011]图3为本专利技术涉及的F
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P腔探头的截面示意图。
[0012]图4为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体盐度传感装置，主体结构包括分别与激光器及其控制器、F
‑
P腔探头和光电探测器连接的环形器，以及与光电探测器连接的信号采集与反馈控制模块；其特征在于，环形器与F
‑
P腔探头之间设置有光束准直器和模式匹配透镜，信号采集与反馈控制模块与激光器及其控制器连接，形成闭环。2.根据权利要求1所述的一种液体盐度传感装置，其特征在于，信号采集与反馈控制模块内置有乘法器、低通滤波器、PID控制器和信号发生器，由计算机控制。3.根据权利要求1或2所述的一种液体盐度传感装置，其特征在于，F
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P腔探头与模式匹配透镜之间的最短距离为49.5mm；光束准直器与模式匹配透镜之间的距离为4mm。4.根据权利要求3所述的一种液体盐度传感装置，其特征在于，环形器具有三个端口，一端口用于激光器及其控制器的输入，二端口用于F
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P腔探头的输入，三端口用于回收F
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P腔探头反射的信号；F
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P腔探头包括腔体和腔镜，腔体是材质为微晶玻璃的内空式圆柱体结构，圆柱体的长度为40mm，外径为8mm，内径为4mm，腔镜的直径为8mm，涂有反射率为97％的反射层；光电探测器接收环形器三端口返回的信号并转换为电信号；光束准直器对激光器及其控制器输出的发散光进行准直；信号采集与反馈控制模块对电信号进行采集，并将其转换成模数信号，控制激光器及其控制器的波长跟随F
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P腔探头的峰值移动，并对激光器及其控制器的反馈控制信号进行收集和记录；计算机具有控制显示界面和手动控制界面。5.根据权利要求4所述的一种液体盐度传感装置，其特征在于，使用时，激光器及其控制器发出波...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锜，杨淑清，姬兰婷，李国强，白小雪，杨博，高莉媛，
申请(专利权)人：德州尧鼎光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：