CN2067831U

CN2067831U - 光纤液体浓度仪

Info

Publication number: CN2067831U
Application number: CN 89218245
Authority: CN
Inventors: 陈代书
Original assignee: INST NO 8 MINISTRY OF MACHINE
Current assignee: INST NO 8 MINISTRY OF MACHINE
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1990-12-19

Abstract

一种光纤液体浓度仪，属于用光学方法测量液体浓度的智能化仪器。它由驱动电源，光纤分路器，光纤传感器，光电信号处理设备和计算机终端设备组成。运用了双光路比较检测系统、循环水冷系统、单片微型计算机技术和Goos-Haenchen位移校正技术实现了本仪器的传感器可在50-150℃的温度环境中使用，可广泛用于糖、酒、水溶性油脂、中成药提炼、漆、丝绸浆液、酸、硷、盐溶液的浓度在线检测与控制。折射率测量范围1.33-1.60，测量精度≤1％。

Description

本实用新型是光纤液体浓度仪属于用光学方法测量液体浓度的智能化仪器。

近年来公开了一种具有反射型光纤传感器的折射率测试系统（CN85100867A）以及光纤溶液传感器（CN86202511U）二篇专利文献，克服了常规光学仪器结构庞大，灵活性差，灵敏度低等缺点，但是上述已有技术只能在60℃以下的环境温度中工作，缺少温度自动补偿和校正的技术，测量范围窄，测试低浓度溶液的灵敏度不够，也不能测试粘度大的高浓度溶液。

本实用新型的任务旨在克服已有技术的不足，设计出一种能在120℃左右工作、测量范围广泛、具有温度补偿和双光路检测系统的智能化液体浓度测试仪。

附图说明：

图1.光纤液体测量浓度仪的框图

图2.光纤传感器的结构示意图

图3.光纤传感器的结构示意图

本实用新型的任务可以用以下措施实现：光纤液体浓度仪是用光学方法制造的非功能型光纤传感器测量折射率密度、比重的智能仪器。它有信号，参考双光路比较检测系统，光纤传感器中有致冷器和温度传感器可使其能工作在120℃环境中。二次仪表中用单片微型计算机进行运算和控制来实现仪器智能化。

光纤液体浓度仪是由驱动电源1、发光二极管2、光纤分路器3、光纤4、光纤传感器5、光电信号处理设备6、计算机终端设备7以及总电源8组成。

光纤液体浓度仪所用光纤传感器5是探头型式，光学系统是一个对称的平行光路系统。对于低浓度溶液测量，传感棱镜有两个全反射传感面同时作用于待测溶液，使其反射光传输损耗放大，提高灵敏度。对高浓度溶液本身损耗就很大，传感棱镜只需一个全反射传感面即可。视待测溶液的折射率所处范围，正确选择棱镜材料，合理设计棱镜的角度。

本实用新型用光纤传感器5由传感棱镜9，自聚焦透镜10，光纤4，光纤温度传感器11，循环水致冷器12，传感器盒体13，进水嘴14，出水嘴15，冲洗喷水嘴16组成。

光纤传感器5有一个循环水致冷器12，它可使120℃左右的温度降至40－50℃左右。因此，光纤4与自聚焦透镜10的耦合系统处在40－50℃温度环境中工作。不会因温度变化使传感器5所用胶粘剂收缩或膨胀。

本实用新型提供了一个具有同一光源，信号光路和参考光路传输路径基本相同，光电信号处理设备6中的两路PIN光电二极管及I－V变换器基本对称的双光路比较检测系统，来消除光源的漂移、光纤抖动与弯曲、PIN光电二极管和I－V变换器的非线性与噪声引起的附加强度变化。

在光纤传感器5中的参考光路部分，设置了一个光纤温度传感器11，使其能反映出传感棱镜9和待测溶液的温度变化，通过参考光路的PIN光电二极管及I－V变换器输出一个与之对应的电信号，用以来校正dn／dt约为－4×10^－4／℃的变化。

在实时检测中，光线经固定好的耦合系统，由于溶液浓度（折射率）的不断变化，除反射光和折射光的能量在满足能量守恒条件下重新分配外，还因Goos－Haenchen位移的存在将从耦合光程，光轴偏移两方面影响耦合效率，本实用新型提供了校正方法。其一计耦合系统时，利用离焦量Z与耦合效率η的关系，对Z进行最佳选择，选择原则是Z的变化范围大，而耦合效率变化小。其二，作出位移D与输出电压V的关系曲线用单片计算机进行校正。

用以测量粘度大的高浓度溶液时在光纤传感器5上面有一喷水嘴16，可定时冲洗，使传感面保持清洁。

本实用新型二次仪器中有51系列的单片微型计算机，硬件方面运用了分辨率为二进制的11位，输入电位0－2V的A／D转换器，并配有三二选一模拟开关。软件方面具有功能控制、数据处理、放大器增益控制、温度补偿和Goos－Haenchen位移补偿程序等组成。

本实用新型与已有技术相比取得以下突出效果：

1.已有技术的光纤传感器只能在60℃以下环境中工作。本实用新型的光纤传感器5可在5－120℃的环境中工作。

2.已有技术只能测量中等浓度溶液，测量低浓度时灵敏度不够，高浓度不能测。本实用新型可测量折射率范围为1.33－1.60的高低浓度溶液。

3.已有技术测量精度为0.5－1.5％。本实用新型精度为0.2－1％。

4.已有技术二次仪表没有计算机，本实用新型用了单片微型计算机使二次仪表智能化，并直接显示出溶液浓度值。

本实用新型可广泛应用于中成药提炼、糖、酒、饮料、酸、硷、盐、水溶性油脂、树脂溶液、甘油、丝绸浆液等溶液浓度、密度、比重的在线检测以及标准测试。

本实用新型下面将结合（附图）实施例作进一步详述：

图2是一个测量范围为1.33－1.51的低浓度测量光纤传感器的实施例，传感器5的传感棱镜9有两个全反射传感面，材料为钾玻璃，入射角θ≥62°，对水不敏感，循环水致冷器12为一金属容器，有一进水嘴14和出水嘴15，套在传感器的耦合系统外面，水为一般自来水，进、出水嘴直径为12mm，水流速为0.2－0.5m／s。

光纤传感器5中参考光路部分设置的光纤温度传感器11是一个玻璃管，内封装有温敏溶液和测温光纤，测温光纤端部除去包层并镀有银膜。

二次仪表中运用了以8031为核心的单片机系统。能够进行偏移量（Y＝X±△）除（R＝V_S／V_R）均方根X＝

\sqrt{\frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} X_{i}^{2}}

方差 1/(n) （X－X_i）²以及平均值（ 1/(n) X_i）等运算。把这些运算和温度校正，Goos－Haenchen位移校正，I－V变换器，增益程序控制，分别汇编成子程序并与功能键相配合构成智能化仪器，A／D转换器输入电位在0－2V范围内。

图3是一个测量范围为1.43－1.60的高浓度光纤传感器实例，光纤传感器的传感棱镜有一个全反射传感面，材料为火石玻璃，入射角θ≥59°。传感面冲洗喷嘴直径为5mm，流速为5m／s，对易结钙溶液，冲洗水中可加5％的盐酸冲洗。其余部分与图2相同。

各光电器件和设备是通用技术，驱动电源1和光电二极管2采用型号为GSH－100的光发射器，光纤分路器3型号为GF－－02，光纤4型号为50／125μm，光电信号处理设备6、计算机终端设备7使用型号为AY－2494智能化光功率计。

Claims

1、一种光纤液体浓度仪，由驱动电源1、发光二极管2、光纤分路器3、光纤4、光纤传感器5、光电信号处理设备6、计算机终端设备7等组成，其特征是光学系统是一个对称的平行光路系统，其光纤传感器5由传感棱镜9，自聚焦透镜10，光纤4，光纤温度传感器11，循环水致冷器12，传感器盒体13，进水嘴14，出水嘴15，喷水嘴16构成。

2、根据权利要求1所述的光纤液体浓度仪，其特征是光纤传感器5的传感棱镜9有二个同时作用于待测溶液的全反射传感面，材料为钾玻璃，入射角θ≥62°，循环水致冷器12为一金属容器，有一进水嘴14和出水嘴15，套在传感器的耦合系统外面，进、出水嘴直径为12mm。

3、根据权利要求1所述的光纤液体浓度仪，其特征是光纤温度传感器11是一个玻璃管，内封装有温敏溶液和测温光纤，测温光纤端部除去包层并镀有银膜。

4、根据权利要求1所述的光纤液体浓度仪，其特征是光纤传感器5的传感棱镜9有一个全反射传感面，材料为火石玻璃，入射角θ≥59°传感面冲洗用的喷水嘴16直径为5mm。