CN204405482U - 一种液体比重仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于检测仪表领域，提供了一种液体比重仪。包括光源，第一传导组件，具有一传感部的第二传导组件，第一探测器，第二探测器，处理模块；光源发出的光通过第一传导组件耦合到第一探测器，同时经过传感部得到携带有待测液体比重信息的传感光，第二传导组件将所述传感光耦合到第二探测器；第一探测器及第二探测器与处理模块连接，两路光信号经探测器处理后被发送到处理模块；处理模块对两路信号作运算处理并根据预存的液体比重值与运算结果之间的对应关系得到比重值并输出。本实用新型提供的比重仪，采用光纤表面等离子体共振技术或微纳光纤技术，测量过程无需人工干预，操作简便，耗样量少，缩小了传感器的体积，提高了测量灵敏度和分辨能力。

Description

一种液体比重仪

技术领域

本实用新型属于检测仪表领域，尤其涉及一种液体比重仪。

背景技术

目前市场上有很多用于测液体比重的仪器，其中的医用折光仪操作及读数都是人工过程，可能带来较大的人工误差；还有一些液体电子比重仪，操作耗时、耗液、繁琐，并且容易受外界环境影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种液体比重仪，旨在提供一种体积小、灵敏度和分辨率高、无须人工操作的液体比重仪。

本实用新型提供了一种液体比重仪，包括：

光源；

第一探测器，用于将接收到的参考光信号转化为第一电信号；

第二探测器，用于将接收到的传感光信号转化为第二电信号；

第一传导组件，连接于所述光源与所述第一探测器之间，用于将所述光源发出的光作为参考光传导至所述第一探测器；

第二传导组件，连接于所述光源与所述第二探测器之间，其具有一传感部，所述传感部上覆盖有待测液体，光源发出的光经过所述传感部作用后得到携带有待测液体比重信息的传感光；所述第二传导组件用于将所述传感光传导至所述第二探测器；

处理模块，同时与所述第一探测器、第二探测器连接，用于对所述第一电信号、第二电信号做运算处理，并根据预存的液体比重值与运算结果之间的对应关系得到待测液体的比重值。

进一步地，所述传感部表面附有可产生表面等离子体的金属层；所述第二传导组件传导的光在传感部中发生等离子体共振效应得到携带有待测液体比重信息的传感光。

进一步地，所述传感部为微纳光纤，所述光源发出的光经过所述传感部得到携带有待测液体比重信息的传感光。

进一步地，所述光源为白光光源时，所述运算处理的结果用共振吸收峰表征，处理模块根据预存的液体比重值与共振吸收峰位置的对应关系得到比重值并输出。

进一步地，所述第二传导组件传导的光可通过所述传感部泄露出去，所述第二传导组件的传感部为去包层的裸光纤或侧面抛磨光纤或拉锥光纤或光纤光栅或光能到达波导与外部环境分界面的光波导。

进一步地，所述金属层为纳米级的金属单质或复合材料。

进一步地，所述光源为白光光源或单色光源。

进一步地，所述运算处理为比值处理或差值处理。

进一步地，所述传感部中的待测液体是静态的液体或流体。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供的一种液体比重仪，采用表面等离子体共振技术或微纳光纤技术，测量过程无需人工干预，操作简便，耗样量少，并且大大缩小了传感器的体积，提高了测量灵敏度和分辨能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的液体比重仪结构示意图；

图2-图4是本实用新型实施例提供的基于传感部表面附有可产生表面等离子体的金属层的液体比重仪的相关示意图；其中，

图2是本实用新型实施例提供的比重仪在采用白光光源的情况下，归一化探测光谱(第二探测器与第一探测器探测到的光谱的比值)中产生共振吸收峰的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的比重仪在采用白光光源的情况下，共振吸收峰的最低点位置随液体比重变化规律的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的比重仪在采用650-700nm波长范围内的单色光源的情况下，光强强度随液体比重变化规律的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的传感部为微纳光纤的液体比重仪在采用650-700nm波长范围内的单色光源的情况下，光强强度随液体比重变化规律的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种液体比重仪，如图1所示，包括光源1，第一探测器2，第二探测器3，第一传导组件4，第二传导组件5，处理模块6，所述第一传导组件4为参考光纤，所述第二传导组件5为传感光纤，所述第二传导组件5上设置有传感部7，所述传感部7上覆盖有待测液体，用于感测待测液体的比重；所述光源1发出的光通过所述第一传导组件4耦合到所述第一探测器2，同时，所述光源1发出的光经过所述传感部7作用后得到携带有待测液体比重信息的传感光，所述第二传导组件5将所述传感光耦合到所述第二探测器3；所述第一探测器2及第二探测器3与所述处理模块6连接，用于分别将所述第一传导组件4及第二传导组件5上的光信号转化为电信号并发送到所述处理模块6；所述处理模块6用于对所述第二探测器3及第一探测器2接收到的电信号做运算处理并根据预存的液体比重值与所述运算处理的结果之间的对应关系得到比重值并输出；其中，所述运算处理为比值或差值处理。

关于传感部7包含以下两种形式：

形式一：对于传感部7，对第二传导组件5的传感部7经过光纤微加工，使传感部7传导的光能泄露出来，传感部7可以是去包层的裸光纤或是侧面抛磨光纤或拉锥光纤或光纤光栅或光能到达波导与外部环境分界面的光波导等；同时经过微加工的光纤传感部7外表面需要沉积一层纳米级的金属层，该金属层可以是能高效产生表面等离子体的金属单质或复合材料。第二传导组件5传导的光可激发传感部7表面金属层中的等离子体，并产生光的共振吸收，由此得到传感光。不同比重的液体会使得共振信号发生改变，由此得到不同的传感光；表面等离子体共振技术是一种物理光学的吸收现象，事实上，表面等离子体共振技术被证实是一种超高灵敏度的折射率变化检测手段，而液体比重变化也会引起其折射率的变化，所以该技术能灵敏地检测出液体比重变化。

以下举两个实施例具体介绍基于这种传感部形式的液体比重仪：

实施例一：采用光谱检测，光源所产生的光为宽带白光，探测器采用光谱仪，在满足共振条件的环境下，归一化光谱(第二探测器与第一探测器探测到的光谱的比值)中会出现一个共振吸收峰，如图2所示为传感部表面附有可产生表面等离子体的金属层的液体比重仪在采用白光光源的情况下，归一化光谱中产生共振吸收峰的示意图；这个共振吸收峰能灵敏地随液体的比重变化而发生移动，其相应探测器探测的是共振吸收峰位置随液体比重的变化，在采用白光光源的情况下，共振吸收峰的最低点位置随液体比重的变化规律如图3所示。液体比重仪的具体工作过程为：光源发出的宽带白光通过第一传导组件4耦合到所述第一探测器2，同时，通过所述第二传导组件5耦合到第二探测器3，所述第二传导组件5上设置的传感部7为镀有金属层的去包层的裸光纤，第二传导组件5传导的光可在所述传感部7发生等离子体共振效应；所述第一探测器2及第二探测器3与所述处理模块6连接，处理模块6控制第一探测器2和第二探测器3对各自探测到的信号进行去噪声、积分处理，这些都处理完后再控制两路信号去作比值或差值处理(比值或差值处理也会进一步消除噪声),这里比值或差值处理的结果用共振吸收峰表征，共振吸收峰的位置变化就能反应液体比重的变化，最后处理模块根据预存的液体比重值与共振吸收峰位置的对应关系得到比重值并输出。

实施例二：采用光强检测，光源所产生的光为单色光，其相应探测器探测的就是光强吸收强度随液体比重的变化，第一探测器和第二探测器可以是光敏二极管，也可以是光敏电阻。如图4所示为传感部表面附有可产生表面等离子体的金属层的液体比重仪在采用650-700nm波长范围内的单色光源的情况下，归一化光强(第二探测器与第一探测器探测到的光强的比值)强度随液体比重的变化规律。液体比重仪的具体工作过程为：单色光源通过所述第一传导组件4耦合到所述第一探测器2，同时，通过所述第二传导组件5耦合到第二探测器3；所述第二传导组件5上设置的传感部7为镀有金属层的去包层的裸光纤，第二传导组件5传导的光可在所述传感部7发生等离子体共振效应；第一探测器2和第二探测器3将探测到的光信号转换为电信号，然后输出的电信号进入处理模块；处理模块6对两个信号进行去噪声、积分处理，这些都处理完再作比值或差值处理(比值或差值处理也会进一步消除噪声)，这个比值或差值的强弱变化就能反应液体比重的变化，最后处理模块根据预存的液体比重值与所述比值或差值之间的对应关系得到比重值并输出。

形式二：传感部7为微纳光纤；微纳光纤本身相当于是纤芯，而覆盖微纳光纤表面的待测液体就相当于包层，待测液体不同，微纳光纤对在其中传导的光的束缚能力也不同，通过微纳光纤后剩余的光能量也就不同，由此就得到不同的传感光。

以下举一具体实施例介绍基于这种传感部形式的液体比重仪：

微纳光纤是一种直径在微米、纳米量级的光纤，它可以由普通氧化硅或聚合物光纤通过火焰或其他热源加热拉伸、电子束刻蚀发、激光烧蚀、化学腐蚀等方法获得。对于普通光纤，一般通过纤芯-包层结构来把光束缚在纤芯中传输，纤芯外面包裹着包层(包层难以去除)，纤芯与包层存在一定的折射率差(纤芯折射率高)；而对于微纳光纤，其本身相当于是纤芯，覆盖微纳光纤表面的环境介质就相当于包层，这时的包层就是一层可变介质，当覆盖介质发生变化，微纳光纤对光的束缚能力也发生变化。当覆盖介质与微纳光纤的折射率差越小时，微纳光纤对光的束缚能力就越弱，那么通过微纳光纤之后剩下的光能量就越少，所以可以检测通过微纳光纤的光能量来判断覆盖介质的折射率，覆盖液体的比重变化会引起其折射率的变化，即采用微纳光纤作为传感部能灵敏地检测出液体的比重变化。下面采用光强检测，光源所产生的光为单色光，具体地，如图5所示为传感部为微纳光纤的液体比重传感器采用650-700nm波长范围内的单色光源的情况下，归一化光强(第二探测器与第一探测器探测到的光强的比值)强度随液体比重的变化规律。在工作时，第一传导组件4和第二传导组件5同时接收同一光源发出的光，当液体覆盖传感光纤的传感部7时，检测通过微纳光纤之后的光能量就可以得到传感光，第一探测器2及第二探测器3分别将所述第一传导组件4传导的光及所述传感光转化为电信号并发送到所述处理模块6；所述处理模块6对所述电信号做比值或差值处理并根据预存的液体比重值与所述比值或差值之间的对应关系得到比重值并输出。

本实用新型提供的一种液体比重仪，工作调制方式可以是波长调制，光强调制，相位调制等，整个过程无需人工干预，操作简便，并且大大的缩小了传感器的体积，提高了测量灵敏度和分辨能力；另外，传感器检测过程可以是静态的，且耗样量极少，几滴即可，只要能覆盖传感部，也可以是流体，实现实时在线检测。事实上，表面等离子体共振技术和微纳光纤技术已被广泛应用与微小折射率变化的检测，如生化反应过程的检测。而光纤表面等离子体共振技术还应用于液体浓度的检测、环境污水污染程度的检测、有害气体的检测等，甚至可以做成以上应用的实时在线的变化过程监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液体比重仪，其特征在于，包括：

光源；

第一探测器，用于将接收到的参考光信号转化为第一电信号；

第二探测器，用于将接收到的传感光信号转化为第二电信号；

第一传导组件，连接于所述光源与所述第一探测器之间，用于将所述光源发出的光作为参考光传导至所述第一探测器；

第二传导组件，连接于所述光源与所述第二探测器之间，其具有一传感部，所述传感部上覆盖有待测液体，光源发出的光经过所述传感部作用后得到携带有待测液体比重信息的传感光；所述第二传导组件用于将所述传感光传导至所述第二探测器；

处理模块，同时与所述第一探测器、第二探测器连接，用于对所述第一电信号、第二电信号做运算处理，并根据预存的液体比重值与运算结果之间的对应关系得到待测液体的比重值。

2.如权利要求1所述的液体比重仪，其特征在于，所述第二传导组件的传感部为去包层的裸光纤或侧面抛磨光纤或拉锥光纤或光纤光栅或光能到达波导与外部环境分界面的光波导；所述传感部表面附有可产生表面等离子体的金属层；所述第二传导组件传导的光在传感部中发生等离子体共振效应得到携带有待测液体比重信息的传感光。

3.如权利要求1所述的液体比重仪，其特征在于，所述传感部为微纳光纤，所述光源发出的光经过所述传感部得到携带有待测液体比重信息的传感光。

4.如权利要求2所述的液体比重仪，其特征在于，所述光源为白光光源时，所述运算处理的结果用共振吸收峰表征，处理模块根据预存的液体比重值与共振吸收峰位置的对应关系得到比重值并输出。

5.如权利要求2所述的液体比重仪，其特征在于，所述金属层为纳米级的金属单质或复合材料。

6.如权利要求1所述的液体比重仪，其特征在于，所述光源为白光光源或单色光源。

7.如权利要求1所述的液体比重仪，其特征在于，所述运算处理为比值处理或差值处理。

8.如权利要求1所述的液体比重仪，其特征在于，所述传感部中的待测液体是静态的液体或流体。