一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器及其工作方法技術

本發明專利技術公開了一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，包括光源、具有兩個D型結構的塑料光纖、V型限位模塊、光電探測器、信號處理及顯示單元。光源發出的連續光信號進入塑料光纖，經過D型參考區時，從D型參考區泄漏的光進入第二光電探測器得到參考信號，穿過D型塑料光纖參考區的光進入D型傳感區，最后從塑料光纖透射出，進入第一光電探測器得到傳感信號。D型傳感區塑料光纖固定在V型限位模塊結構上，當有液體接觸到D型傳感區時，D型傳感區中傳輸的光信號會產生衰減，處理器對傳感信號和參考信號進行比值計算和相關運算后得到液體的折射率，所得結果經顯示器顯示。該折射率測量儀具有制作簡單、靈敏度高、操作簡便、成本低等優點。點。點。

【技術實現步驟摘要】
一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器及其工作方法


[0001]本專利技術涉及測量
，特別是涉及一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器及其工作方法。

技術介紹

[0002]本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術相關的
技術介紹
信息，不必然構成在先技術。
[0003]選擇性催化還原技術(SCR)是針對柴油車尾氣排放中NOx的一項處理工藝，即在催化劑的作用下，噴入還原劑氨或尿素，把尾氣中的NOx還原成N2和H2O。用車用尿素(車用尿素在一定溫度下分解生成氨)對氮氧化物(NOx)進行選擇性催化還原，從而達到既節能、又減排的目的。目前使用的車用尿素溶液一般由32.5％高純尿素和67.5％的去離子水組成。在SCR還原系統中，尿素溶液中的尿素含量是關鍵因素之一。過高或過低的尿素含量不僅不能提高NOx的轉化效率，反而會造成氨氣逃逸。為了保證車用尿素的質量，濃度檢測成為了車用尿素質量檢測的一個重要指標。
[0004]光纖傳感器因其重量輕，不受電磁干擾以及本征安全等特點在傳感
得到廣泛應用。而塑料光纖成本低廉，使用在可見波長下，特別是塑料光纖易彎折且具有良好的拉伸強度，易于對其形狀進行處理。現有的塑料光纖傳感器有錐形、側面拋光、線圈或其他任何在實際應用中更便捷的幾何形狀，用于測量折射率的變化，進而獲得液體濃度、糖度、鹽度等其它參數，在生物醫學、環境監測、國家安全等領域有著廣泛的應用。
[0005]目前現有的光纖液體折射率傳感器一般采用光纖光柵(如：專利授權號為CN101545791 B的中國專利技術專利“光纖傳感器及其在折射率及應變測量中的應用”)、光纖FP腔等技術，其特點是靈敏度較高，但其信號采集需要光譜儀，設備成本高；敏感元件的制備工藝也比較復雜。現在也有一些塑料光纖折射率傳感器，如專利授權號為CN106841109B的專利技術專利“多槽結構的U型塑料光纖液體折射率傳感器”提出了一種在塑料光纖上加工出多個小V型槽，并將塑料光纖彎制成U型，進而通過光強法獲得液體折射率，該方法會受到光源波動的影響，導致被測參數折射率分辨率較低；專利授權號為CN 104266999 B的專利技術專利“一種基于D型塑料光纖探頭的液體折射率測量儀”提出一種在塑料光纖上磨出D型槽，并將塑料光纖彎制成U型，通過對光源輸出的光進行調制，消除光源波動的影響，進而獲得較高液體折射率靈敏度，該方法由于使用了光源調制，信號解調較為復雜，成本較高。專利授權號為CN 209910687 U的技術專利“一種基于V型槽結構的塑料光纖傳感器”是將塑料光纖制成長20cm，寬2cm，間隔0.1
?
50mm的鋸齒型結構，這種工藝對于大芯徑的塑料光纖比較困難，并且光纖損耗較大，對光源功率提高了要求。

技術實現思路

[0006]為了解決上述問題，本專利技術提出了一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器及其工作方法，其能夠實現制作簡單、靈敏度高、操作簡便、成本低廉。
[0007]為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
[0008]第一方面，本專利技術提供一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，包括：
[0009]光源和具有D型結構的塑料光纖，所述光源用于發出連續光信號；所述塑料光纖包括兩個D型結構，所述塑料光纖兩端分別與光源和光電探測器相連接；所述塑料光纖的兩個D型結構，一個位于D型參考區，另一個位于D型傳感區。
[0010]進一步地，所述D型參考區一端的塑料光纖連接光源，D型傳感區一端的塑料光纖連接第一光電探測器。
[0011]進一步地，所述D型參考區一端的塑料光纖的D型拋光面還連接有第二光電探測器，所述D型參考區的拋光面與第二光電探測器處在同一光路上。
[0012]進一步地，位于所述D型傳感區的塑料光纖上設置有V型限位模塊，通過V型限位模塊固定D型傳感區的塑料光纖。
[0013]進一步地，所述V型限位模塊具有10
°?
80
°
的夾角。
[0014]進一步地，所述V型限位模塊包括光纖嵌槽，所述光纖嵌槽為半圓形或U型可放進光纖的結構。
[0015]進一步地，所述第一光電探測器和第二光電探測器分別與信號處理與顯示模塊相連接。
[0016]進一步地，所述信號處理與顯示模塊計算D型參考區獲得的參考信號以及D型傳感區獲得的待測信號，得出液體折射率或濃度大小并進行顯示。
[0017]第二方面，本專利技術提供一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器工作方法，包括：
[0018]所述光源發出的連續光信號進入塑料光纖，經過D型參考區時，從塑料光纖的D型拋光面泄漏的光進入第二光電探測器得到參考信號；
[0019]穿過D型參考區的光進入D型傳感區，并從塑料光纖透射出，進入第一光電探測器得到待測信號；
[0020]所述D型傳感區的塑料光纖固定在V型限位模塊上，當液體接觸到D型傳感區時，D型傳感區中傳輸的光信號產生衰減，所述信號處理與顯示模塊對傳感信號和參考信號進行計算后得到液體的折射率并進行顯示。
[0021]與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
[0022](1)本專利技術利用一根具有兩個D型結構的塑料光纖將光源分成兩路，一路光從D型塑料光纖參考區泄漏形成參考通道。用于監測光源波動，另一路光由塑料光纖透射形成測量通道，通過信號比值運算，實現了光源波動干擾的扣除，提高測量信號的信噪比。
[0023](2)本專利技術利用一個V型結構固定D型光纖，使入射光經過D型傳感區反射后，一部分光反射到塑料光纖中，被光電探測器轉化成電信號，大部分子午光線因不滿足光的全反射定律而泄露到溶液中，這種設計能增強傳感器的漸逝場效應，可以提高測量信號的信噪比。
附圖說明
[0024]構成本專利技術的一部分的說明書附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。
[0025]圖1是一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感裝置示意圖；
[0026]圖2是V型限位模塊內的D型塑料光纖傳光示意圖；
[0027]圖3是V型限位模塊示意圖；
[0028]圖4是本裝置測量的折射率與透過率的關系及擬合曲線圖；
[0029]其中，1、光源；2、塑料光纖；3、V型限位模塊；4、第二光電探測器；5、第一光電探測器；6、信號處理與顯示模塊；7、D型參考區；8、D型傳感區。
具體實施方式
[0030]下面結合附圖與實施例對本專利技術做進一步說明。
[0031]應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本專利技術提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本專利技術所屬
的普通技術人員通常理解的相同含義。
[0032]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本專利技術的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，包括：光源和具有D型結構的塑料光纖，所述光源用于發出連續光信號；所述塑料光纖包括兩個D型結構，所述塑料光纖兩端分別與光源和第一光電探測器相連接；所述塑料光纖的兩個D型結構，一個位于D型參考區，另一個位于D型傳感區。2.如權利要求1所述的一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，所述D型參考區一端的塑料光纖連接光源，D型傳感區一端的塑料光纖連接第一光電探測器，第一光電探測器將透射的光強轉變成傳感信號。3.如權利要求2所述的一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，所述D型參考區一端的塑料光纖的D型拋光面還連接有第二光電探測器。4.如權利要求3所述的一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，所述D型參考區一端的塑料光纖的D型拋光面泄漏的光強由第二光電探測器接受并轉變成光強參考信號。5.如權利要求4所述的一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，位于所述D型傳感區的塑料光纖上設置有V型限位模塊，通過V型限位模塊固定D型傳感區的塑料光纖。6.如權利要求5所述的一種基于V型結構的塑料光纖折射率傳感器，其特征在于，所述V型限位模塊3具有10
°?
80
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【專利技術屬性】
技術研發人員：王金玉，寧雅農，劉統玉，李振，趙林，董果鳳，謝洪晶，王紀強，呂雷，
申請(專利權)人：山東微感光電子有限公司，
類型：發明
國別省市：