專利名稱：光纖溫度濃度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。根據(jù)溫度和濃度參量對(duì)回路光強(qiáng)度的 調(diào)制，最終把光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化。該器件探頭體積小、成本低、靈敏度高、并且 實(shí)現(xiàn)了“一頭雙探”的作用。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維和光纖通信技術(shù)發(fā)展而形成的一門嶄新的傳感 技術(shù)，其傳感靈敏度要比傳統(tǒng)傳感器高出許多倍，能滿足在高電壓、大噪聲、高溫、強(qiáng)腐蝕性 等很多特殊環(huán)境的正常工作，如高壓變壓器內(nèi)部線圈的熱點(diǎn)測(cè)溫，高壓輸電線路的溫升測(cè) 試，貯油罐內(nèi)液體的溫度濃度測(cè)試、一些易燃易爆液體和氣體的溫度濃度測(cè)試、二相流三相 流濃度檢測(cè)系統(tǒng)等。目前用于溫度測(cè)量的光纖傳感器主要有拉曼散射傳感器和光纖光柵傳感器；濃度 測(cè)量主要是后向散射式傳感器。拉曼散射傳感器和光纖光柵傳感器都需要昂貴的光譜解調(diào) 儀，后向散射式傳感器需要高功率激光器，因此這些傳感器都價(jià)格昂貴。并且上述傳感器存 在精度和量程上的矛盾，即提高了測(cè)量精度會(huì)使測(cè)量范圍變小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種成本低廉、測(cè)量精度高、量程寬，集溫度測(cè)試和濃 度測(cè)試于一體的新型結(jié)構(gòu)傳感器。
具體實(shí)施例方式一種光纖溫度濃度傳感器，包括溫度探測(cè)光源端口(7)，溫度反饋端口(6)，溫度 回路端口(10)，濃度探測(cè)光源端口(9)，濃度反饋端口(8)，濃度回路端口(11)，溫度探頭 (1)，濃度探頭(2)。其特征在于濃度探頭入射光束(20)經(jīng)棱鏡(17)反射后，返回至回路 光纖(21)，反射回路的光強(qiáng)隨棱鏡周圍溶液濃度的變化而變化；溫度探頭入射光束(22)與 棱鏡(18)間有一半導(dǎo)體薄片，不同溫度下半導(dǎo)體的透射率不同使得回路光強(qiáng)發(fā)生變化。溫 度光源端(7)和濃度光源(9)端各自引出一反饋回路(6)、(8)，溫度濃度回路和反饋通過(guò) 光電二極管接入電路。溫度探頭(16)和濃度探頭(15)分別置于探測(cè)器(3)的兩個(gè)腔中，其中溫度探頭 腔前端密閉，濃度探頭腔前端敞口 ；探頭前端棱鏡為一直角三棱鏡(17)、(18)。棱鏡可為塑 料、玻璃或石英材料。溫度探頭棱鏡可在兩個(gè)直角面鍍高反膜，濃度探頭棱鏡可在其中一個(gè) 直角面鍍高反膜，以此增強(qiáng)回路信號(hào)光強(qiáng)度。光源可以為L(zhǎng)ED光源或激光器。溫度探測(cè)光源波長(zhǎng)需與半導(dǎo)體材料的吸收波長(zhǎng)匹 配，光電二極管亦需與光源匹配。溫度探頭(16)前端的半導(dǎo)體薄片可以置于入射光束(22) 與棱鏡間，或回路光束(23)與棱鏡間，也可以采用鍍膜方式鍍?cè)谌肷涔馐岸嘶蚧芈饭馐?前端或棱鏡底面上。
溫度回路(10)、溫度反饋(6)、濃度回路(11)、濃度反饋⑶分別接入電路中的光 電二極管。溫度回路(10)和溫度反饋(6)、濃度回路(11)和濃度反饋⑶分別組成比較電 路，以此消除光源發(fā)光功率的波動(dòng)對(duì)回路光強(qiáng)的影響。溫度或濃度的變化使得溫度回路或 濃度回路的光強(qiáng)發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)光電二極管的轉(zhuǎn)化及電路的放大，最終表現(xiàn)為輸出電壓的變化。本發(fā)明成本低，精度高，量程寬，同時(shí)集合了光纖的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于工業(yè)生產(chǎn)。測(cè) 量濃度的同時(shí)可得到溫度信息，使測(cè)得的濃度參數(shù)具有更明確的意義，也可單獨(dú)作為溫度 計(jì)使用。


圖一為探測(cè)器整體結(jié)構(gòu)圖1為溫度探測(cè)器，置于前端密閉的腔中；2為濃度探測(cè)器，置于前端開口的腔中；3為探測(cè)器的整體；4為帶披覆的鋼管，保護(hù)內(nèi)部的光纖傳光束；5為光纖傳光束；6為溫度反饋端口；7為溫度光源端口；8為濃度反饋端口；9為濃度光源端口；10為溫度回路光口；11為濃度回路光口；12為一分四連接件；13為單根石英光纖；14為一分二連接件圖二為溫度和濃度探頭原理圖15為濃度探測(cè)頭；16為溫度探測(cè)頭；17為濃度探頭前端棱鏡；18為溫度探頭前端棱鏡；19為半導(dǎo)體薄片；20為濃度器探測(cè)入射光束；21為濃度探測(cè)器回路光束；22為溫度探測(cè)器入射光束；23為溫度探測(cè)器回路光束。
權(quán)利要求
一種光纖溫度濃度傳感器，包括溫度探測(cè)光源端口(7)，溫度反饋端口(6)，溫度回路端口(10)，濃度探測(cè)光源端口(9)，濃度反饋端口(8)，濃度回路端口(11)，溫度探頭(1)，濃度探頭(2)；其特征在于濃度探頭入射光束(20)經(jīng)棱鏡(17)反射后，返回至回路光纖(21)，反射回路的光強(qiáng)隨棱鏡周圍溶液濃度的變化而變化；溫度探頭入射光束(22)與棱鏡(18)間有一半導(dǎo)體薄片，不同溫度下半導(dǎo)體的透射率不同使得回路光強(qiáng)發(fā)生變化；溫度光源端(7)和濃度光源端(9)各自引出一反饋回路(6)、(8)，溫度濃度回路和反饋通過(guò)光電二極管接入電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度濃度傳感器，其特征在于溫度探頭(16)和濃度探頭 (15)分別置于探測(cè)器(3)的兩個(gè)腔中，其中溫度探頭腔前端密閉，濃度探頭腔前端敞口 ；探 頭前端棱鏡為直角三棱鏡(17，18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫度濃度傳感器，其特征在于探頭棱鏡可為塑料、玻璃或 石英材料，溫度探頭棱鏡可在兩個(gè)直角面鍍高反膜，濃度探頭棱鏡可在其中一個(gè)直角面鍍 高反膜，以此增強(qiáng)回路信號(hào)光強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度濃度傳感器，其特征在于溫度探頭(16)前端的半導(dǎo)體薄 片可以置于入射光束(22)與棱鏡間，或回路光束(23)與棱鏡間，也可以采用鍍膜方式鍍?cè)?入射光束前端或回路光束前端或棱鏡底面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度濃度傳感器，其特征在于光源可以為L(zhǎng)ED光源或激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度濃度傳感器，其特征在于溫度回路(10)、溫度反饋(6)、 濃度回路(11)、濃度反饋(8)分別接入電路中的光電二極管，溫度回路(10)和溫度反饋 (6)、濃度回路(11)和濃度反饋(8)分別組成比較電路，以此消除光源發(fā)光功率的波動(dòng)對(duì)回 路光強(qiáng)的影響，溫度或濃度的變化使得溫度回路或濃度回路的光強(qiáng)發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)光電二 極管的轉(zhuǎn)化及電路的放大，最終表現(xiàn)為輸出電壓的變化。
全文摘要
一種光纖溫度濃度傳感器，包括一個(gè)溫度探頭(16)和濃度探頭(15)。探頭前端置一直角棱鏡(17)、(18)，溫度探頭入射光束(22)與棱鏡(18)間有一半導(dǎo)體薄片(19)，不同溫度下半導(dǎo)體的透射率不同使得回路光強(qiáng)發(fā)生變化。濃度探頭(15)與外界接觸，反射回路的光強(qiáng)隨棱鏡周圍溶液濃度的變化而變化。同時(shí)增加了反饋光路(6)、(8)，消除光源能量抖動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響?；芈饭夂头答伖馔ㄟ^(guò)光電二極管接入電路，本傳感器具有實(shí)時(shí)在線和遠(yuǎn)程檢測(cè)的能力，能夠同時(shí)測(cè)得溶液的溫度和濃度，成本低、穩(wěn)定性好、量程寬、靈敏度高。
文檔編號(hào)G01N21/59GK101968386SQ20101028584
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者朱文華, 楊雙收, 許彥濤, 魏秀珍 申請(qǐng)人:北京北玻科技產(chǎn)業(yè)中心;北京玻璃研究院