光纤探头和采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计制造技术

一种光纤探头，在测杆前端安装有浓度传感器和温度传感器，内腔中安装有导光纤束、分纤盒、具有保护套的单芯光纤束、探测器和光源。传感器包括输入光纤、输出光纤和45°角棱镜。输入光纤与光源相连，输出光纤依次经导光纤束、分纤盒、具有保护套的单芯光纤束与探测器相连。输入光纤将光导入45°角棱镜，输出光纤自45°角棱镜接受的折射光经探测器输出测量电信号。本实用新型专利技术还提供了采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计，包括2个放大器和一DSP处理器，2个放大器的输出信号分别接至DSP处理器进行数据处理。其优点是：探头尺寸小，光纤传输不受电磁场、大电流和高温影响，安全可靠性高，安装容易，可直接接入工艺生产线，实现了远距离实时测量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及检测设备，特别涉及一种光纤探头和采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计。
技术介绍
传统的液体浓度测试有许多方法，包括阻抗法、电容法、超声波声纳法、光学浊度法、色度测量法、以及近代发展起来的光学式工艺过程用浓度计。在以液体为主的各种产业的制造工艺过程中，传统的光学式工艺过程用浓度计，包括元件和光学系统，是一个整体结 构。一般说来，制造生产线的现场，往往由于温度、湿度、粉尘等设备环境恶劣，因此，传统的光学式工艺过程用浓度计的光学系统，就要求能经受住这些环境条件。把它安装到制造生产线上时，就要在制造生产线与光学系统之间连接一个抽样装置，无法实现远距离测试。所以，传统的光学式工艺过程用浓度计维修保养困难，安装费用高。另外，传统的光学式工艺过程用浓度计会受电磁场影响，因此配线需特殊考虑。
技术实现思路
本技术的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种光纤探头和采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计，其误差小，可靠性高，不受电磁场、大电流和高温的影响，探头尺寸小，容易安装和维护，可实现远距离测试。为达上述目的，本技术提供的光纤探头包括测杆，所述测杆的前端安装有光纤传感器，所述测杆的内腔中安装有导光纤束、分纤盒、具有保护套的单芯光纤束、探测器和光源，所述光纤传感器包括输入光纤、输出光纤和45°角棱镜,所述45°角棱镜位于所述测杆的外部，插入被测液体20中；所述输入光纤与所述光源相连，所述输出光纤依次经所述导光纤束、分纤盒、具有保护套的单芯光纤束与所述探测器相连，所述输入光纤将光导入所述45°角棱镜，所述输出光纤自所述45°角棱镜接受的折射光经所述探测器输出测量电信号；所述光纤传感器为2个，包括浓度传感器和温度传感器，所述探测器包括浓度探测器和温度探测器，所述光源包括激光光源和LED光源，所述激光光源用于所述浓度传感器，所述LED光源用于所述温度传感器，所述温度探测器的输出光纤接收端面设有ASGA半导体材料层。本技术光纤探头，其中所述激光光源经光纤连接有第一光亮检测器，所述LED光源经另一光纤连接有第二光亮检测器，所述第一光亮检测器和第二光亮检测器分别输出各自的光亮检测信号。本技术光纤探头，其中所述激光光源采用半导体激光器，其波长为650nm，所述激光电源设有光能控制电路，所述LED光源的波长为910nm。本技术光纤探头，其中所述探测器采用硅光电池。本技术光纤探头，其中在所述浓度传感器中，所述45°角棱镜替换为圆弧形光纤，所述圆弧形光纤位于所述测杆的外部，插入被测液体中，输入光纤将光导入所述圆弧形光纤，输出光纤自所述圆弧形光纤接受的反射光经所述浓度探测器输出测量电信号。本技术光纤探头，其中在所述浓度传感器中，所述45°角棱镜替换为裸光纤，所述裸光纤位于所述测杆的外部，插入被测液体中，输入光纤将光导入所述裸光纤，输出光纤自所述裸光纤接受的光经所述浓度探测器输出测量电信号。为达上述目的，本技术提供的采用所述光纤探头的复合式液体光纤浓度计，还包括与该光纤探头相连的测试系统，所述测试系统包括与所述浓度探测器相连的第一放大器和与所述温度探测器相连的第二放大器、与所述激光光源相连的第一光亮检测器和与所述LED光源相连的第二光亮检测器，以及一 DSP处理器，所述第一放大器、第二放大器、第一光亮检测器和第二光亮检测器的输出信号分别接至所述DSP处理器，所述DSP处理器连接有显示器和输出端口。本技术提供的复合式液体光纤浓度计，其中所述第一放大器连接有第一灵敏度调节器和第一零点调节器，所述第二放大器连接有第二灵敏度调节器和第二零点调节器。 本技术光纤探头和采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计的优点是由于光纤是由玻璃或塑料制成，因而不怕液体或气体的腐蚀。探头尺寸小，而且由于光纤是柔性的，对被测液体或气体的流阻很小，且光纤传输不受电磁场、大电流和高温的影响，因此安全和可靠性好、误差小、安装和维护容易，配线不许特殊考虑。由于检测端与主机是分离的，检测端直接插入样品就能进行测量，不需要特别的插样装置，能够直接纳入工艺过程生产线，实现了远距离实时测量。因此，在以液体为主的各种产业的制造工艺过程中，不需要选择特别的场所，在测试环境恶劣的场所，如高温、高湿，遇到风雨的室外以及需要防爆的工艺过程的管道中都能使用。附图说明图I是光纤探头的结构示意图；图2是光纤传感器的结构示意图；图3是另一种光纤传感器的结构示意图；图4是第三种光纤传感器的结构不意图；图5是复合式液体光纤浓度计的方框图；图6是温度传感器的结构示意图；图7是激光电源的光能控制电路图；图8是光亮检测器的电路图。具体实施方式光纤浓度传感器的工作原理如下一束光从一种介质(折射率nl)入射到第二种介质(折射率n2)中，根据Snell定律，入射角ΘI与折射角Θ 2满足如下关系式nlSin Θ l=n2Sin Θ 2----------(I)与入射面平行和垂直的反射系数由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)光的反射率为R= (rp2+rs2) 1/2---------(4)光的反射强度为IR=rp2Iop+rs2Ios------------(5)Io=Iop+Ios为入射光强,脚标p s分别代表偏振面与入射面相平行与垂直的分量。对于选定的光纤，其nl为定值、Θ I也为定值，它接触到不同折射率的液体时，由式(I)式n2=nlSin Θ I/Θ 2，对于式(2) (3)的Θ2决定於n2。因此n2取不同的值，直接决定了 IR的值。微型光纤折射率浓度传感器就是利用这种原理而设计的。以下结合附图详细说明本技术一种光纤探头和采用该光纤探头的复合式液体光纤浓度计的实施例。参照图1，本技术提供的光纤探头，在测杆的前端安装有光纤传感器1，测杆的内腔中安装有导光纤束2、分纤盒3、具有保护套的单芯光纤束4、探测器和光源。结合参照图2或图6,光纤传感器I包括输入光纤31、输出光纤33和45°角棱镜32,45°角棱镜32位于测杆的外部，光纤传感器长度不超过50mm，插入被测液体20中采集浓度和温度信号。输入光纤31与光源相连，输出光纤33依次经导光纤束2、分纤盒3、具有保护套的单芯光纤束4与探测器相连。输入光纤31将光导入45°角棱镜32,输出光纤33由45°角棱镜32接受的折射光经探测器输出测量电信号。测杆信号传输部分的长度根据用户需要而定，设计长度为2米，一般不超过4米。由于化合液体的生产现场存在温度和浓度同时的状态变化，所以，在本技术提供的光纤探头的实施例中，利用大芯径石英光纤构成浓度和温度的复合传感器，两根光纤组成浓度传感器，两根光纤组成温度传感器，安装在同一个探头内。所以，光纤传感器I为2个，包括浓度传感器和温度传感器，分别采用如图2和图6所示的结构。探测器包括浓度探测器5和温度探测器6，光源包括激光光源7和LED光源8。激光光源7用于浓度传感器，米用半导体激光器，其波长为650nm。LED光源8用于温度传感器，波长为910nm。探测器采用硅光电池。分纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤探头，包括测杆，其特征在于：所述测杆的前端安装有光纤传感器（1），所述测杆的内腔中安装有导光纤束（2）、分纤盒（3）、具有保护套的单芯光纤束（4）、探测器和光源，所述光纤传感器（1）包括输入光纤（31）、输出光纤（33）和45°角棱镜（32），所述45°角棱镜（32）位于所述测杆的外部，插入被测液体（20）中；所述输入光纤（31）与所述光源相连，所述输出光纤（33）依次经所述导光纤束（2）、分纤盒（3）、具有保护套的单芯光纤束（4）与所述探测器相连，所述输入光纤（31）将光导入所述45°角棱镜（32），所述输出光纤（33）自所述45°角棱镜（32）接受的折射光经所述探测器输出测量电信号；所述光纤传感器（1）为2个，包括浓度传感器和温度传感器，所述探测器包括浓度探测器（5）和温度探测器（6），所述光源包括激光光源（7）和LED光源（8），所述激光光源（7）用于所述浓度传感器，所述LED光源（8）用于所述温度传感器，所述温度探测器（5）的输出光纤（33）接收端面设有ASGA半导体材料层（34）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云钦，
申请(专利权)人：陈云钦，
类型：实用新型
国别省市：