[发明专利]一种基于新型反射式光纤环镜的液体折射率测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于新型反射式光纤环镜的液体折射率测量方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

物质的折射率(Refractive Index)是反映物质内部信息的一个重要物理量。物质折射率的测量在基础研究、化学分析、环境污染评估、医疗诊断和食品工业等领域有着广泛的应用。在各种液体物质中，诸如密度、浓度、温度等物理量的变化，均会对折射率产生影响。常用的折射率测量方法包括全反射(临界角)法和光束偏折法。全反射法的测量仪器是阿贝折光仪，这种方法必须对被测液体进行取样才能进行测量，测量范围通常不能超过1.7。光束偏折法需要知道棱镜或平板在一定波长下折射率的精确值，使得测量精度难以提高。近年来，国内外学者和研究机构在这方面做了大量的研究，提出了许多折射率测量方法，如(Yong Zhao，Min Rong，Yanbiao Liao，Determination of saltwater concentration based on optical and electrical dual-differential methods，Optical Engineering，2004，Vol.43，No.3：732-7368)提出的利用折射原理和光电位置敏感器件PSD实现的盐水浓度测量装置和方法；(周瑜，贾光明，张贵忠等，用高精度法布里-玻罗干涉仪测量液体的折射率，中国激光，2006，33(增刊)：345-348)采用F-P干涉仪传感系统，测量了不同浓度酒精的折射率；(王彦，梁大开，欧启标，周兵，测量液体折射率与浓度的光纤光栅传感器，传感器与微系统2007，26(7)：24-26)利用长周期光纤光栅实现了液体折射率的测量。此外，对于液体折射率的测量，还常用基于菲涅尔反射原理的测量技术。但这些方法中，有的不能实现远距离测量，有的体积较大、不适合在线测量。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种新颖、结构简单、成本低，操作方便、易于实现液体折射率的远距离在线测量。

本发明的技术方案如下：

一种基于新型反射式光纤环镜的液体折射率测量方法，包括宽带光源、反射式光纤环镜传感单元、折射率匹配液、光谱分析仪以及连接它们的光纤链路和计算机系统，所述的反射式光纤环镜传感单元包括一个样品池和反射式光纤环镜结构，其特征在于：所述的反射式光纤环镜结构由两个光纤耦合器及传感探头构成；所述的传感探头由两段普通单模光纤和其间的一段高双折射光纤构成；宽带光源11发出的光经传输光纤12传至光纤耦合器30的输入端口31，然后分别从输出端口32和33沿上臂光纤13和下臂光纤14传至光纤耦合器40的输入端41和44，由光纤耦合器40的输出端42输出的光经传输光纤15达到传感探头，分别经过第一段单模光纤16、高双折射光纤17和第二段单模光纤18达到传感探头的反射端面；光在传感探头反射端面处与具有特定折射率值的被测液体形成的反射界面发生菲涅尔反射，反射光再按照相反的光路重新回到光纤耦合器30的输出端口34，由于此时光先后两次经过高双折射光纤17的作用而发生干涉现象，干涉信号经过传输光纤20送至光谱分析仪，光谱分析仪输出的电信号由串口传送至计算机进行处理；为了降低从光纤耦合器40的另一个输出端43返回信号的影响，将其插入折射率匹配液24中，以吸收掉这部分光。

本发明所述的宽带光源采用中心波长范围为1523nm～1568nm的ASE光源；所述的高双折射光纤及光纤耦合器的工作波长为1550nm；所述的上臂光纤和下臂光纤的长度相同；所述的光纤耦合器30和40的分光比为1∶1；所述的光纤链路采用的都是普通单模光纤，芯径为9μm，包层直径为125μm。

本发明的技术特征还在于：所述的高双折射光纤为熊猫型保偏光纤，其模场直径为10.5μm，包层直径为125μm，长度选用9cm。

本发明具有如下特点：①仪器结构简单、设计新颖、成本较低。②传感器结构采用了反射式结构设计，使得测量操作方便，易于实现远距离在线监测。

附图说明

图1为本发明提供的基于新型反射式光纤环镜的液体折射率测量系统示意图。

图2为利用本发明获得的不同折射率情况下，采集到的光谱信号。

图3为利用本发明测得的输出电压随被测折射率的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构、原理以及测量过程作进一步的说明。