專利名稱：光纖液體濃度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是光纖液體濃度儀屬于用光學(xué)方法測量液體濃度的智能化儀器。
近年來公開了一種具有反射型光纖傳感器的折射率測試系統(tǒng)(CN85100867A)以及光纖溶液傳感器(CN86202511U)二篇專利文獻(xiàn)，克服了常規(guī)光學(xué)儀器結(jié)構(gòu)龐大，靈活性差，靈敏度低等缺點，但是上述已有技術(shù)只能在60℃以下的環(huán)境溫度中工作，缺少溫度自動補償和校正的技術(shù)，測量范圍窄，測試低濃度溶液的靈敏度不夠，也不能測試粘度大的高濃度溶液。
本實用新型的任務(wù)旨在克服已有技術(shù)的不足，設(shè)計出一種能在120℃左右工作、測量范圍廣泛、具有溫度補償和雙光路檢測系統(tǒng)的智能化液體濃度測試儀。


圖1.光纖液體測量濃度儀的框圖圖2.光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖圖3.光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖本實用新型的任務(wù)可以用以下措施實現(xiàn)光纖液體濃度儀是用光學(xué)方法制造的非功能型光纖傳感器測量折射率密度、比重的智能儀器。它有信號，參考雙光路比較檢測系統(tǒng)，光纖傳感器中有致冷器和溫度傳感器可使其能工作在120℃環(huán)境中。二次儀表中用單片微型計算機進(jìn)行運算和控制來實現(xiàn)儀器智能化。
光纖液體濃度儀是由驅(qū)動電源1、發(fā)光二極管2、光纖分路器3、光纖4、光纖傳感器5、光電信號處理設(shè)備6、計算機終端設(shè)備7以及總電源8組成。
光纖液體濃度儀所用光纖傳感器5是探頭型式，光學(xué)系統(tǒng)是一個對稱的平行光路系統(tǒng)。對于低濃度溶液測量，傳感棱鏡有兩個全反射傳感面同時作用于待測溶液，使其反射光傳輸損耗放大，提高靈敏度。對高濃度溶液本身損耗就很大，傳感棱鏡只需一個全反射傳感面即可。視待測溶液的折射率所處范圍，正確選擇棱鏡材料，合理設(shè)計棱鏡的角度。
本實用新型用光纖傳感器5由傳感棱鏡9，自聚焦透鏡10，光纖4，光纖溫度傳感器11，循環(huán)水致冷器12，傳感器盒體13，進(jìn)水嘴14，出水嘴15，沖洗噴水嘴16組成。
光纖傳感器5有一個循環(huán)水致冷器12，它可使120℃左右的溫度降至40－50℃左右。因此，光纖4與自聚焦透鏡10的耦合系統(tǒng)處在40－50℃溫度環(huán)境中工作。不會因溫度變化使傳感器5所用膠粘劑收縮或膨脹。
本實用新型提供了一個具有同一光源，信號光路和參考光路傳輸路徑基本相同，光電信號處理設(shè)備6中的兩路PIN光電二極管及I－V變換器基本對稱的雙光路比較檢測系統(tǒng)，來消除光源的漂移、光纖抖動與彎曲、PIN光電二極管和I－V變換器的非線性與噪聲引起的附加強度變化。
在光纖傳感器5中的參考光路部分，設(shè)置了一個光纖溫度傳感器11，使其能反映出傳感棱鏡9和待測溶液的溫度變化，通過參考光路的PIN光電二極管及I－V變換器輸出一個與之對應(yīng)的電信號，用以來校正dn／dt約為－4×10－4／℃的變化。
在實時檢測中，光線經(jīng)固定好的耦合系統(tǒng)，由于溶液濃度(折射率)的不斷變化，除反射光和折射光的能量在滿足能量守恒條件下 重新分配外，還因Goos－Haenchen位移的存在將從耦合光程， 光軸偏移兩方面影響耦合效率，本實用新型提供了校正方法。其一計耦合系統(tǒng)時，利用離焦量Z與耦合效率η的關(guān)系，對Z進(jìn)行最佳選擇，選擇原則是Z的變化范圍大，而耦合效率 變化小。其二，作出位移D與輸出電壓V的關(guān)系曲線用單片計算機進(jìn)行校正。
用以測量粘度大的高濃度溶液時在光纖傳感器5上面有一噴水嘴16，可定時沖洗，使傳感面保持清潔。
本實用新型二次儀器中有51系列的單片微型計算機，硬件方面運用了分辨率為二進(jìn)制的11位，輸入電位0－2V的A／D轉(zhuǎn)換器，并配有三二選一模擬開關(guān)。軟件方面具有功能控制、數(shù)據(jù)處理、放大器增益控制、溫度補償和Goos－Haenchen位移補償程序等組成。
本實用新型與已有技術(shù)相比取得以下突出效果1.已有技術(shù)的光纖傳感器只能在60℃以下環(huán)境中工作。本實用新型的光纖傳感器5可在5－120℃的環(huán)境中工作。
2.已有技術(shù)只能測量中等濃度溶液，測量低濃度時靈敏度不夠，高濃度不能測。本實用新型可測量折射率范圍為1.33－1.60的高低濃度溶液。
3.已有技術(shù)測量精度為0.5－1.5％。本實用新型精度為0.2－1％。
4.已有技術(shù)二次儀表沒有計算機，本實用新型用了單片微型計算機使二次儀表智能化，并直接顯示出溶液濃度值。
本實用新型可廣泛應(yīng)用于中成藥提煉、糖、酒、飲料、酸、鹼、鹽、水溶性油脂、樹脂溶液、甘油、絲綢漿液等溶液濃度、密度、比重的在線檢測以及標(biāo)準(zhǔn)測試。
本實用新型下面將結(jié)合(附圖)實施例作進(jìn)一步詳述圖2是一個測量范圍為1.33－1.51的低濃度測量光纖傳感器的實施例，傳感器5的傳感棱鏡9有兩個全反射傳感面，材料為鉀玻璃，入射角θ≥62°，對水不敏感，循環(huán)水致冷器12為一金屬容器，有一進(jìn)水嘴14和出水嘴15，套在傳感器的耦合系統(tǒng)外面，水為一般自來水，進(jìn)、出水嘴直徑為12mm，水流速為0.2－0.5m／s。
光纖傳感器5中參考光路部分設(shè)置的光纖溫度傳感器11是一個玻璃管，內(nèi)封裝有溫敏溶液和測溫光纖，測溫光纖端部除去包層并鍍有銀膜。
二次儀表中運用了以8031為核心的單片機系統(tǒng)。能夠進(jìn)行偏移量(Y＝X±△)除(R＝VS／VR)均方根X＝1nΣi=1nXi2]]>方差 1/(n)

(X－Xi)2以及平均值( 1/(n)

Xi)等運算。 把這些運算和溫度校正，Goos－Haenchen位移校正，I－V變換器，增益程序控制，分別匯編成子程序并與功能鍵相配合構(gòu)成智能化儀器，A／D轉(zhuǎn)換器輸入電位在0－2V范圍內(nèi)。
圖3是一個測量范圍為1.43－1.60的高濃度光纖傳感器實例，光纖傳感器的傳感棱鏡有一個全反射傳感面，材料為火石玻璃，入射角θ≥59°。傳感面沖洗噴嘴直徑為5mm，流速為5m／s，對易結(jié)鈣溶液，沖洗水中可加5％的鹽酸沖洗。其余部分與圖2相同。
各光電器件和設(shè)備是通用技術(shù)，驅(qū)動電源1和光電二極管2采用型號為GSH－100的光發(fā)射器，光纖分路器3型號為GF－－02，光纖4型號為50／125μm，光電信號處理設(shè)備6、計算機終端設(shè)備7使用型號為AY－2494智能化光功率計。
權(quán)利要求1.一種光纖液體濃度儀，由驅(qū)動電源1、發(fā)光二極管2、光纖分路器3、光纖4、光纖傳感器5、光電信號處理設(shè)備6、計算機終端設(shè)備7等組成，其特征是光學(xué)系統(tǒng)是一個對稱的平行光路系統(tǒng)，其光纖傳感器5由傳感棱鏡9，自聚焦透鏡10，光纖4，光纖溫度傳感器11，循環(huán)水致冷器12，傳感器盒體13，進(jìn)水嘴14，出水嘴15，噴水嘴16構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖液體濃度儀，其特征是光纖傳感器5的傳感棱鏡9有二個同時作用于待測溶液的全反射傳感面，材料為鉀玻璃，入射角θ≥62°，循環(huán)水致冷器12為一金屬容器，有一進(jìn)水嘴14和出水嘴15，套在傳感器的耦合系統(tǒng)外面，進(jìn)、出水嘴直徑為12mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖液體濃度儀，其特征是光纖溫度傳感器11是一個玻璃管，內(nèi)封裝有溫敏溶液和測溫光纖，測溫光纖端部除去包層并鍍有銀膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖液體濃度儀，其特征是光纖傳感器5的傳感棱鏡9有一個全反射傳感面，材料為火石玻璃，入射角θ≥59°傳感面沖洗用的噴水嘴16直徑為5mm。
專利摘要一種光纖液體濃度儀，屬于用光學(xué)方法測量液體濃度的智能化儀器。它由驅(qū)動電源，光纖分路器，光纖傳感器，光電信號處理設(shè)備和計算機終端設(shè)備組成。運用了雙光路比較檢測系統(tǒng)、循環(huán)水冷系統(tǒng)、單片微型計算機技術(shù)和Goos-Haenchen位移校正技術(shù)實現(xiàn)了本儀器的傳感器可在50-150℃的溫度環(huán)境中使用，可廣泛用于糖、酒、水溶性油脂、中成藥提煉、漆、絲綢漿液、酸、鹼、鹽溶液的濃度在線檢測與控制。折射率測量范圍1.33-1.60，測量精度≤1％。
文檔編號G01N21/41GK2067831SQ8921824
公開日1990年12月19日 申請日期1989年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月23日
發(fā)明者陳代書 申請人:機械電子工業(yè)部第八研究所