一種傾斜光纖光柵濃度測量儀及濃度測量方法技術

本發明專利技術公開了一種傾斜光纖光柵濃度測量儀及濃度測量方法，其通過將采用塑料光纖制作的傾斜光纖光柵傳感器，并將其封裝于反應腔體內，減小了待測溶液產生的壓力對傾斜光纖光柵傳感器的干擾影響，提高了測量的精度和可靠性，并且，由于塑料光纖制作工藝成熟，價格要比玻璃光纖低，成本相對較低，且塑料光纖作為傳感器還具有高彈性應變極限、高斷裂韌性、高彎曲柔韌性以及對應變和溫度的非常敏感的特點。

An incline fiber grating concentration measuring instrument and its method

【技術實現步驟摘要】
一種傾斜光纖光柵濃度測量儀及濃度測量方法
本專利技術涉及光纖傳感領域，具體涉及一種傾斜光纖光柵濃度測量儀及濃度測量方法。
技術介紹
溶液濃度作為日常生活中一個重要的物理量，是表征溶液特性的主要參量之一，同時也是工農業生產和科學研究實驗中一項重要的計量參數。物質的許多物理和化學性質均易受濃度的影響，濃度過高或者過低都會對產品的質量產生影響。因此，對溶液濃度的測量與控制在化工、冶金、造紙、食品、制糖、制藥等行業中有著廣泛的應用，是保證產品質量的重要技術手段。有關溶液濃度測量的方法和儀器有很多，在化學方面可以通過化學反應法測濃度，在物理方面可以利用光學或電學方法測量。由于溶液的濃度與許多物理量都存在依賴關系，如密度、電導率、折射率等，因此原則上可用其中一個物理量的變化來表征濃度的變化。利用溶液的折射率來測量濃度是一種比較常用的方法，同化學方法相比，折射率方法不需考慮各種反應條件，適用范圍更廣；與電學測量方法相比，它既簡單廉價，測量精度高；另外采用光學折射率傳感方法進行溶液濃度的檢測具有簡便快捷、不受電磁干擾的特點。根據光學測量原理可以將折射率的測量方法大致歸納為三類：幾何光學法、波動光學法和光纖傳感法，光纖傳感法為溶液折射率測量與控制提供一種較為實用的測試手段；光纖光柵濃度傳感器是基于光纖傳感法的溶液濃度測試系統。該測量方法不僅具有不受電磁干擾、靈敏度高、質量輕、體積小、耐高溫高壓腐蝕、可遠距離遙測監控等特點，成為傳感器
發展的主流方向之一。目前常用的利用光纖光柵傳感器進行濃度測量的方法主要有以下三類：鍍膜光纖光柵濃度測量法、長周期光纖光柵(LongPeriodFiberGrating，簡稱LPFG)濃度測量法和傾斜光纖光柵(TiltedFiberBraggGrating,簡稱TFBG)濃度測量法，其中，鍍膜光纖光柵降低了光柵本身的機械強度，而長周期光纖光柵有著內在的溫度交叉敏感效應，在極易受到外界溫度影響的環境里，降低了它的廣泛應用性。因此，一定程度上限制了其應用范圍。而傾斜光纖光柵避免了二者的缺點又同時具有二者的優點。目前，傾斜光纖光柵大多是采用二氧化硅制成的FBG光學傳感器即光纖布拉格光柵傳感器，如專利號為200910228965.5專利技術名稱為“一種傾斜光纖光柵液位變化測量儀”的中國專利，該測量儀中的傾斜光纖光柵是利用相位掩模側面輻射技術、在寫制過程中將模板傾斜并通過準分子激光紫外寫入載氫的單模光纖中制得；傾斜光纖光柵位于被測容器的液面處且傾斜光纖光柵的上端一定伸出被測容器的液面。然而，眾所周知，二氧化硅光纖價格較為昂貴，且由于光纖光柵位于被測容器的液面，待測溶液產生的壓力對其測量精度和可靠性造成一定干擾影響，從而使得其測量精度和可靠性降低。
技術實現思路
針對上述存在的技術問題，本專利技術提供一種傾斜光纖光柵濃度測量儀。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：一種傾斜光纖光柵濃度測量儀,包括光源發生器、反應槽和光譜分析儀，還包括可設置在所述反應槽內的反應腔體，所述反應腔體內置有TFBG傳感器，所述TFBG傳感器的兩端分別通過輸入光纖和輸出光纖與所述光源發生器和所述光譜分析儀相連，其中，所述TFBG傳感器為采用塑料光纖制作的。進一步，所述TFBG傳感器的兩端延伸出所述反應腔體外。進一步，所述反應腔體上設置有電磁閥門，當開啟所述電磁閥門時，所述反應槽內的待測溶液進入所述反應腔體內，且當所述待測溶液填充滿所述反應腔體內時，關閉所述電磁閥門。進一步，還包括雙向泵、控制所述雙向泵的控制器、可盛裝恒溫清洗劑的儲液器和廢液收集裝置，其中，所述控制器與所述雙向泵電連接，所述雙向泵的一端通過第一連接管與所述反應腔體連接，所述雙向泵的另一端分別通過第二連接管和第三連接管連接于所述儲液器和所述廢液收集裝置。進一步，所述TFBG傳感器的成柵平面與纖芯橫截面的夾角為θ為6°-45°。進一步，所述TFBG傳感器的長度為4mm-10mm。基于上述的傾斜光纖光柵濃度測量儀，本專利技術還提供了應用傾斜光纖光柵進行濃度測量的方法，包括下列步驟：步驟1：在所述傾斜光纖光柵濃度測量儀的反應槽內加入待測溶液；步驟2：將內置TFBG傳感器的反應腔體放入所述反應槽內，并使步驟1中的待測溶液淹沒過所述反應腔體，靜置一段時間；步驟3：打開電磁閥門，使得待測溶液進入到所述反應腔體內，并填充滿所述反應腔體，關閉電磁閥門，靜置一段時間；步驟4：打開所述傾斜光纖光柵濃度測量儀中的光源發生器，光源依次通過輸入光纖、所述TFBG傳感器和輸出光纖入射到所述傾斜光纖光柵濃度測量儀中的光譜分析儀，從而得到第一光譜圖；步驟5：通過所述傾斜光纖光柵濃度測量儀中控制器控制所述雙向泵，將所述反應腔體內已經檢測的溶液抽出并排送至所述傾斜光纖光柵濃度測量儀中的廢液收集裝置；且當所述反應腔體內的溶液排出完后，所述控制器控制所述雙向泵反轉，將所述儲液器中的清潔劑抽送至所述反應腔體內，對所述反應腔體進行清洗；然后，所述控制器再控制所述雙向泵將所述反應腔體內的污水抽出并排送至所述廢液收集裝置；如此反復幾次，將所述反應腔體清洗干凈；步驟6：再次開啟所述電磁閥門，重復步驟3-5；步驟7：對比光譜圖波形數據，計算出待測溶液濃度。本專利技術的有益效果在于：通過將采用塑料光纖制作的傾斜光纖光柵傳感器，并將其封裝于反應腔體內，減小了待測溶液產生的壓力對傾斜光纖光柵傳感器的干擾影響，提高了測量的精度和可靠性，并且，由于塑料光纖制作工藝成熟，價格要比玻璃光纖低，成本相對較低，且塑料光纖作為傳感器還具有高彈性應變極限、高斷裂韌性、高彎曲柔韌性以及對應變和溫度的非常敏感的特點。進一步地，本專利技術通過控制器控制雙向泵將反應腔體內的已測溶液抽送至廢液收集裝置，以及將儲液器內的恒溫清潔劑抽送至反應腔體內，對反應腔體內部進行反復清洗，即實現反應腔體自動清洗，無需將反應腔體單獨取出，再取出TFBG傳感器進行清洗；另一方面，當再次向反應腔體內注入待測溶液進行測試時，避免了以往殘留的待測溶液的干擾，大大提高了對溶液濃度測量的精度和檢測的可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。圖1為本專利技術一種傾斜光纖光柵濃度測量儀的結構示意圖；圖2為本專利技術一種傾斜光纖光柵濃度測量儀的反應槽的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術作詳細的說明。為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。參見圖1，一種傾斜光纖光柵濃度測量儀,包括光源發生器1、反應槽2和光譜分析儀3，還包括可設置在反應槽2內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種傾斜光纖光柵濃度測量儀,包括光源發生器、反應槽和光譜分析儀，其特征在于：還包括可設置在所述反應槽內的反應腔體，所述反應腔體內置有TFBG傳感器，所述TFBG傳感器的兩端分別通過輸入光纖和輸出光纖與所述光源發生器和所述光譜分析儀相連，其中，所述TFBG傳感器為采用塑料光纖制作的。/n

【技術特征摘要】
1.一種傾斜光纖光柵濃度測量儀,包括光源發生器、反應槽和光譜分析儀，其特征在于：還包括可設置在所述反應槽內的反應腔體，所述反應腔體內置有TFBG傳感器，所述TFBG傳感器的兩端分別通過輸入光纖和輸出光纖與所述光源發生器和所述光譜分析儀相連，其中，所述TFBG傳感器為采用塑料光纖制作的。


2.根據權利要求1所述的傾斜光纖光柵濃度測量儀,其特征在于：所述TFBG傳感器的兩端延伸出所述反應腔體外。


3.根據權利要求1所述的傾斜光纖光柵濃度測量儀,其特征在于：所述反應腔體上設置有電磁閥門，當開啟所述電磁閥門時，所述反應槽內的待測溶液進入所述反應腔體內，且當所述待測溶液填充滿所述反應腔體內時，關閉所述電磁閥門。


4.根據權利要求1所述的傾斜光纖光柵濃度測量儀,其特征在于：還包括雙向泵、控制所述雙向泵的控制器、可盛裝恒溫清洗劑的儲液器和廢液收集裝置，其中，所述控制器與所述雙向泵電連接，所述雙向泵的一端通過第一連接管與所述反應腔體連接，所述雙向泵的另一端分別通過第二連接管和第三連接管連接于所述儲液器和所述廢液收集裝置。


5.如權利要求1至4中任意一項所述的傾斜光纖光柵濃度測量儀，其特征在于：所述TFBG傳感器的成柵平面與纖芯橫截面的夾角為θ為6°-45°。


6.如權利要求1至4中任意一項所述的傾斜光纖光柵濃度測量儀，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡學浩，
申請(專利權)人：重慶世紀之光科技實業有限公司，
類型：發明
國別省市：重慶;50