[其他]一种折射率测试系统

说明书

一种具有反射型光纤传感器的折射率测试系统。该系统由反射型光纤传感器、驱动电源、光源、信号处理设备、终端设备及连接这些部件的光纤或电缆组成。反射型光纤传感器有无源和有源两种，其内部结构有多种不同形式。使用本发明能连续测量折射率及其相关的物理量，如浓度、密度等。本发明克服了常规光学仪器结构复杂庞大、灵活性差的缺点，又克服了现有光纤传感器的灵敏度低、结构不大牢固的缺点。

本发明属于折射率测试系统，特别是应用光纤传感技术来测量折射率，以及与之相关的其它物理量，如浓度、密度。

已有的折射率测试系统多为光的反射、透射、偏振特性的光学仪器。如美国专利“连续折射率测试仪”（US2 780 131 GOIN21/41 1957年2月5日）所披露的是利用棱镜折射来探测折射率的，但它的缺点是光路复杂，测量灵敏度低，光路长期稳定性不易保持，难于进行生产在线测试。

本发明的目的是应用光纤传感技术为测量折射率及其它物理量提供一种包括一个结构简单、牢固的能适应在较大折射率范围内选择使用的、高灵敏度的反射型光纤传感器的折射率测试系统。

按照本发明的目的，所提供的是具有反射型光纤传感器的折射率测试系统，它是由系统部份、反射型光纤传感器以及连接这两部份的光纤或电缆所组成。用光纤或电缆进行联接则可取决于反射型光纤传感器的形式，即带有电器元件的有源的或不带有电器元件的无源的形式。系统部份的本身又进而包括驱动电源、光源、信号处理装置和终端设备，信号处理装置的形式也取决于所选用的反射型光纤传感器的类型。

按照本发明的目的，所提供的反射型光纤传感器具有两种不同类

本发明所提供的一种是无源的反射型光纤传感器，它由光纤、自聚焦透镜、棱镜、底板和管壳所组成。光纤、自聚焦透镜和棱镜固定在底板上，光纤的一端与光源对接，另一端与自聚焦透镜对接，自聚焦透镜再与棱镜相接，使入射光通过光纤和自聚焦透镜后能以平行光或接近平行光束入射到棱镜与被测媒质所构成的反射界面上，经该界面反射后，其反射光束可以以两种方式进行接收和探测，一种是棱镜的反射光出射面上装有对反射光束聚焦的自聚焦透镜，该自聚焦透镜与系统中的探测器之间用光纤连接;另一种是棱镜的反射光出射面上装有双折射棱镜，使反射光分解为对其在反射角面上的入射面来定义的平行和垂直偏振的两束光线，在双折射棱镜出射面外的适当位置上装有两个对两束光聚焦的自聚焦透镜，自聚焦透镜与系统中的探测器之间用光纤连接。由探测器测出的信号输入信号处理设备和终端装置，从而获得所测物质的折射率，或其它与之相关的物理量，如浓度、密度。

本发明提供的另一种是有源的反射型光纤传感器，它与前者的差异之一在于由棱镜（或双折射棱镜）的出射端直接耦合一个光电探测器，从而省去了由棱镜（或双折射棱镜）到光电信号探测器之间的自聚焦透镜和光纤，由光电探测器输出的信号经前置放大器输入信号处理设备的其余部份和终端装置，从而获得所测物质的折射率或与之相关的物理量，如浓度、密度;第二个差异在于前者光电探测器和前置放大器是在系统部份内，而在此则属于反射型光纤传感器的一部份，这样做的目的在于提高信号强度，提高信噪比、便于遥测。

上述不同形式的反射型光纤传感器，随制作和使用条件不同而各有特色，但它们共同的优点是，能做得结构简单，紧凑、牢固体积小，结构形状适应性大，灵敏度高，既克服了常规光学仪器的结构复杂庞大，灵活性差的缺点，又克服了现有光纤传感器的灵敏度低，结构不大牢固的缺点。对用于生产中进行遥测与控制系统结合，实现连续监控，有更大的灵活性和优越性。

发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是具有反射型光纤传感器的折射率测试系统的方框图。

图2是无源的反射型光纤传感器的内部结构图。

图3是无源的反射型光纤传感器的另一种形式的内部结构图。

图4是有源的反射型光纤传感器的内部结构图。

图5是有源的反射型光纤传感器的另一种形式的内部结构图。

图6、7为不同结构形式棱镜的横截面图。