CN106442364B - 一种基于光纤端面镀膜构成f-p腔的浓度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤端面镀膜构成F‑P腔的浓度传感器，由宽谱光源，第一光纤，第二光纤，检测腔，可调载物台，载玻片，可拆卸滴管，光谱分析仪组成。第一光纤和第二光纤分别位于检测腔的左侧面和右侧面，载物台位于检测腔的底部，载玻片放置在载物台上，可拆卸滴管位于检测腔的顶部且正对载玻片，用滴管吸入待测液体，并滴在载玻片上，由宽谱光源发出的光，经过由第一光纤镀膜端面和第二光纤镀膜端面形成的F‑P腔，变成特定波长干涉峰，在光谱分析仪上显示光谱，由于透射光谱的中心波长与液体的折射率存在线性关系，通过液体的折射率从而获得液体的浓度。该发明具有抗电磁干扰，耐腐蚀，可多次反复使用的优点。

Description

一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器
技术领域
本发明提出了一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，属于检测液体浓度的技术领域。
背景技术
光纤F-P传感器由于其具有一系列优点而被广泛利用。根据F-P传感器的解调原理可知，传感器输出干涉信号质量的好坏直接影响了解调***的精度以及测量距离，而且对构成解调***的光源及光探测器的性能要求有较大的影响。然而实际中由于光在F-P腔内不可避免地存在损耗，使得传感器信号强度降低，对比度差，降低了***的测量精度。
传感器反射光纤端面反射率的提高可以改善其信号质量，对F-P传感器的端面反射率进行优化，提高其输出信号质量，由于光纤法布里-珀罗干涉仪透射光谱的中心波长与其干涉腔内介质的折射率存在线性关系，可以实现对物质折射率连续高精度检测，且具有抗电磁干扰，耐腐蚀等优点，具有很好的实用价值。
光谱分析仪是对光谱信号进行检测的仪器，它具有动态响应快，动态范围宽，灵敏度高，等效噪声带宽小，精度高等优点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明设计在光纤端面镀膜构成F-P腔结构的传感器，以透射光谱的中心波长和折射率，反射波长和腔长的函数关系以及液体折射率与浓度的函数关系为基础，对液体的浓度进行精确测量；并通过酒精棉球对光纤端面进行擦洗，保证了光纤端面的清洁，也为下次实验的测量提高了测量精度。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，由宽谱光源(1)，第一光纤(2)，第二光纤(3)，检测腔(4)，可调载物台(5)，载玻片(6)，可拆卸滴管(7)，光谱分析仪(8)组成；第一光纤(2)和第二光纤(3)分别位于检测腔(4)的左侧面和右侧面，载物台(5)位于检测腔(4)的底部，载玻片(6)放置在载物台(5)上，可拆卸滴管(7)位于检测腔(4)的顶部且正对载玻片(6)，检测腔(4)的前盖可打开，用于移除载玻片(6)以及对第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗，用滴管(7)吸入待测液体，并滴在载玻片(6)上，由宽谱光源(1)发出的光，经过由第一光纤(2)镀膜端面和第二光纤(3)镀膜端面形成的F-P腔，变成特定波长干涉峰，在光谱分析仪(8)上显示光谱，由于透射光谱的中心波长与液体的折射率存在线性关系，通过液体的折射率从而获得液体的浓度；检测完毕后，可打开检测腔(4)的前盖，通过调节载物台(5)的高度，将载玻片(6)移除，并用沾有酒精的棉球进行第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗。
所述宽谱光源(1)的工作波长为1530nm-1580nm。
所述的第一光纤(2)和第二光纤(3)端面均为镀银膜。
所述第一光纤(2)和第二光纤(3)的中心波长均为1550nm。
本发明的工作原理是：基于F-P结构干涉的干涉特性，当非单色平行光以入射角i入射时，由于多光束干涉的作用，使在一定的光谱范围内仅有某些特定的波长λk附近出现极大，且当i＝0时满足下列公式：
2nH＝kλk (1)
式中n为F-P腔内液体折射率，H为F-P腔长，k为干涉级次，λk为干涉峰中心波长。
向检测腔中放入标准介质(已知折射率为n0，对应第k级干涉峰中心波长为λk0)，由(1)式得折射率n与干涉峰中心波长λk的关系为：
n＝(n0/λk0)λk (2)
由(2)式可知，对特定波长下某干涉级次，F-P结构干涉透射峰波长的变化与腔内介质折射率的变化成线性关系。
当光纤F-P腔的腔长满足条件：
H＝(2m-1)λb/4neff (3)
式中neff为光纤的有效折射率，m为干涉级数，F-P腔在λb处透射峰极大。通过式(3)求得腔长H可求被测物质的长度。
液体的折射率n与液体浓度大小C和温度T有关，即：
n＝n(C，T) (4)
对式(4)进行微分，可以得到液体折射率的变化量为：
Figure BSA0000136902940000021
式中
Figure BSA0000136902940000022
分别为液体折射率随液体浓度和温度变化的灵敏度，对于大部分液体来说，两者的数量级别相差1000倍。因此，如果测量过程中温度变化不大(ΔT小于1～2℃)，则温度对折射率的影响可以忽略不计，从而，折射率的变化主要由液体浓度决定。液体浓度的变化与折射率变化量的关系为：
Figure BSA0000136902940000023
对于折射率与浓度在一定范围内呈线性关系的液体来说，
Figure BSA0000136902940000024
为常数，，因此可获得待测液体的浓度为：
Figure BSA0000136902940000025
所以当向检测腔(4)内滴入不同液体时，由光谱分析仪(8)输出波形，通过简单计算可求出液体的折射率和长度，通过液体折射率与浓度的关系可以得到液体的浓度。
本发明的有益效果是：本发明设计在光纤端面镀膜构成F-P腔结构的传感器，以透射光谱的中心波长和折射率，反射波长和腔长的函数关系以及液体折射率与浓度的函数关系为基础，对液体的浓度进行精确测量，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，由宽谱光源(1)，第一光纤(2)，第二光纤(3)，检测腔(4)，可调载物台(5)，载玻片(6)，可拆卸滴管(7)，光谱分析仪(8)组成；第一光纤(2)和第二光纤(3)分别位于检测腔(4)的左侧面和右侧面，载物台(5)位于检测腔(4)的底部，载玻片(6)放置在载物台(5)上，可拆卸滴管(7)位于检测腔(4)的顶部且正对载玻片(6)，检测腔(4)的前盖可打开，用于移除载玻片(6)以及对第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗；本发明的工作原理是：用滴管(7)吸入待测液体，并滴在载玻片(6)上，由宽谱光源(1)发出的光，经过由第一光纤(2)镀膜端面和第二光纤(3)镀膜端面形成的F-P腔，变成特定波长干涉峰，在光谱分析仪(8)上显示光谱，由于透射光谱的中心波长与液体的折射率存在线性关系，通过液体的折射率从而获得液体的浓度；检测完毕后，可打开检测腔(4)的前盖，通过调节载物台(5)的高度，将载玻片(6)移除，并用沾有酒精的棉球进行第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗。

Claims (4)

1.一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，由宽谱光源(1)，第一光纤(2)，第二光纤(3)，检测腔(4)，可调载物台(5)，载玻片(6)，可拆卸滴管(7)，光谱分析仪(8)组成；第一光纤(2)和第二光纤(3)分别位于检测腔(4)的左侧面和右侧面，载物台(5)位于检测腔(4)的底部，载玻片(6)放置在载物台(5)上，可拆卸滴管(7)位于检测腔(4)的顶部且正对载玻片(6)，检测腔(4)的前盖可打开，用于移除载玻片(6)以及对第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗；用滴管(7)吸入待测液体，并滴在载玻片(6)上，由宽谱光源(1)发出的光，经过由第一光纤(2)镀膜端面和第二光纤(3)镀膜端面形成的F-P腔，变成特定波长干涉峰，在光谱分析仪(8)上显示光谱，由于透射光谱的中心波长与液体的折射率存在线性关系，通过液体的折射率从而获得液体的浓度；检测完毕后，可打开检测腔(4)的前盖，通过调节载物台(5)的高度，将载玻片(6)移除，并用沾有酒精的棉球进行第一光纤(2)和第二光纤(3)端面的清洗。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，其特征在于：第一光纤(2)和第二光纤(3)端面均为镀银膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，其特征在于：第一光纤(2)和第二光纤(3)的中心波长均为1550nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤端面镀膜构成F-P腔的浓度传感器，其特征在于：宽谱光源(1)的工作波长为1530nm-1580nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112161952B (zh) * 2020-09-15 2023-05-16 南京信息职业技术学院 一种基于干涉滤光片的液体折射率测量方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6687011B1 (en) * 1999-04-23 2004-02-03 Korea Advanced Institute Science And Technology Transmission-type extrinsic fabry-perot interferometric optical fiber sensor
CN101451959A (zh) * 2008-12-30 2009-06-10 清华大学 一种氢气传感器及钯膜氢敏感***
CN102495023A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 电子科技大学 采用光纤传感技术测定液体介质折射率的方法
CN102944328A (zh) * 2012-12-17 2013-02-27 南京大学 折射率不敏感的温度传感器的制备方法及测量装置
CN204613104U (zh) * 2015-05-12 2015-09-02 中国计量学院 一种基于错位熔接的光纤湿度传感器
CN106124414A (zh) * 2016-08-24 2016-11-16 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 一种高灵敏度的光纤efpi传感器及其制作方法
CN206208747U (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 中国计量大学 一种基于光纤端面镀膜构成f‑p腔的浓度传感器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6687011B1 (en) * 1999-04-23 2004-02-03 Korea Advanced Institute Science And Technology Transmission-type extrinsic fabry-perot interferometric optical fiber sensor
CN101451959A (zh) * 2008-12-30 2009-06-10 清华大学 一种氢气传感器及钯膜氢敏感***
CN102495023A (zh) * 2011-11-22 2012-06-13 电子科技大学 采用光纤传感技术测定液体介质折射率的方法
CN102944328A (zh) * 2012-12-17 2013-02-27 南京大学 折射率不敏感的温度传感器的制备方法及测量装置
CN204613104U (zh) * 2015-05-12 2015-09-02 中国计量学院 一种基于错位熔接的光纤湿度传感器
CN106124414A (zh) * 2016-08-24 2016-11-16 马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司 一种高灵敏度的光纤efpi传感器及其制作方法
CN206208747U (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 中国计量大学 一种基于光纤端面镀膜构成f‑p腔的浓度传感器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张少君 ; 刘月明 ; .基于双金属膜和法布里-珀罗干涉结构的光纤温度传感器.传感技术学报.2010,(09),全文. *

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