一种基于透射测量的光纤一体化液体探头的制作方法

本发明涉及光谱分析仪器技术领域，尤其涉及一种基于透射测量的光纤一体化液体探头。

背景技术：

透射式探头是光谱分析仪器中对液体样本进行光谱分析的一个重要组成部件。其被广泛应用于液体吸收的测量、颜色的测量、水体有机物的测量和浑浊度的测量等。对于透明液体或液态散射介质透射光谱测量，目前广泛应用的技术是ATR探头(Attenuated Total Reflectance)，这种探头的实现原理是利用入射面内偏振的单色平面光波在密－疏媒质的界上全反射时，光疏媒质中所形成的迅衰场量可以被耦合到金属或半导体的表面上而使表面等离元(SP)或表面极化激元共振激发。全反射的光强因而发生剧邃衰减的现象，光在ATR探头内经过三次反射，其并不需要通过透过样品的信号，而是通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成分的结构信息。典型的应用包括纯墨水样品、染色样品和原油样品的测量。但是ATR探头有测量线性度不高、重复性差和不适合吸收测量等缺点。

目前市场上有一种双光路透射吸收探头可以克服ATR探头有测量线性度不高、重复性差和不适合吸收测量等缺点，但是这种探头晶体和透镜、光纤不是一体化设计，而是通过金属外壳将探头晶体和透镜连接，这样不仅不方便实验，而且对于温度比较高的液体，由于探头晶的热膨胀系数小于金属外壳的热膨胀系数，导致探头晶体从金属外壳脱落或二者配合不紧密，从而影响实验效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于透射测量的光纤一体化液体探头，本发明提高了结构稳定性和使用寿命，同时还可提高接收效率，降低外界杂散光，简化操作流程，实现对高温液体的精确稳定测量，详见下文描述：

一种基于透射测量的光纤一体化液体探头，所述液体探头包括：入射光纤、准直透镜、液体探头主体、镀膜、切口、会聚镜和出射光纤，

近红外光束由入射光纤进入准直透镜，准直透镜设置在入射光纤的下方，用于准直入射光纤中的光产生平行并准直的光束；

在液体探头主体的下部设置有切口，液体在切口处对液体探头主体中反射回来的光进行吸收；

会聚镜将反射回来的光进行汇聚，以便更多的光能进入出射光纤；反射回来的光从出射光纤一端进入光纤，并从另一端进入外接的光谱仪。

所述液体探头主体采用JGS3石英棒一体化设计。所述镀膜的材料为金。

所述入射光纤和出射光纤固定在光纤座上，采用纤芯直径200μm，包层直径220μm，数值孔径为0.22的石英锥度光纤。

所述准直透镜和会聚镜采用单透镜，固定在衬套座且通过隔圈稳固。

所述液体探头主体和锁紧套中间设置聚四氟乙烯套。

所述锁紧套为金属材料，通过螺纹和衬套座配合，将液体探头主体和衬套座连接并固定。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明相对于目前市场上金属外壳与镜片组合的设计具有更好的结构稳定性和更长的使用寿命，同时还可提高接收效率，降低外界杂散光，简化操作流程，受液体温度影响较小。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于透射测量的光纤一体化液体探头的结构示意图；

图中，1为入射光纤，2为准直透镜，3为液体探头主体，4为镀膜，5为切口，6为会聚镜，7为出射光纤。

图2是本发明提供的一种基于透射测量的光纤一体化液体探头的一种实现方式。

图中，8为光纤座，9为隔圈，10为衬套座，11为聚四氟乙烯套，12为锁紧套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为了克服现有技术的缺点，本发明实施例中透射测量光纤探头采用一体化的设计，即，

参见图1，该光纤探头包括：入射光纤1、准直透镜2、液体探头主体3、镀膜4、切口5、会聚镜6和出射光纤7。

通过光纤导入、导出光束，通过在探头一侧开槽的设计实现一定光程的透射测量。一体化的设计利用一根石英棒作为探头的主体，在石英棒一侧开槽，构成一定光程的间隙，实现透射测量；

同时，对石英棒底部通过切割、镀膜的处理，实现光路的180°转折，从而，在石英棒顶端通过光纤既能导入光束，又能接收光束。

本发明实施例通过一体化的设计相对于目前市场上金属外壳与镜片组合的设计具有更好的结构稳定性和更长的使用寿命，同时还可提高接收效率，降低外界杂散光，简化操作流程，受液体温度影响较小，同时还可实现对高温液体的精确稳定测量。

实施例2

下面结合图1和图2对实施例1中的光纤探头进行进一步地说明，详见下文描述：

一种基于透射测量的光纤一体化液体探头包括：入射光纤1，准直透镜2，液体探头主体3，镀膜4，切口5，会聚镜6和出射光纤7。

近红外光束由入射光纤1进入准直透镜2，光纤芯径300μm，数值孔径为0.22。准直透镜2设置在入射光纤1的下方，用于准直入射光纤1中的光产生平行并准直的光束。液体探头主体3，采用JGS3石英棒一体化设计。镀膜4的材料为金，金对近红外光的反射性能最好。

在液体探头主体3的下部设置有切口5，大小为2mm，液体在切口5处对液体探头主体3中反射回来的光进行吸收，其中开口大小可根据实际要使用的光程进行调整。

会聚镜6将反射回来的光进行汇聚，以便更多的光能进入出射光纤7。反射回来的光从出射光纤7一端进入光纤，并从另一端进入外接的光谱仪。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本发明实施例通过一体化的设计相对于目前市场上金属外壳与镜片组合的设计具有更好的结构稳定性和更长的使用寿命，同时还可提高接收效率，降低外界杂散光，简化操作流程，受液体温度影响较小，同时还可实现对高温液体的精确稳定测量。

实施例3

下面结合图1和图2对实施例1和2中的光纤探头进行进一步地说明，详见下文描述：

针对所测量的液体可能是高温液体的问题，液体探头主体3采用JGS3石英棒材料；针对光路结构稳定性问题，采用了一体化光纤探头设计，在石英棒一侧开槽，构成一定光程的间隙，实现透射测量。

基于图1所示的一种基于透射测量的光纤一体化液体探头的结构示意图，图2示出了本发明实施例的一种具体实施方式，详述如下：

入射光纤1和出射光纤7可采用纤芯直径200μm，包层直径220μm，数值孔径为0.22的石英锥度光纤，可以传输覆盖近红外波段的光束，波长大约为1-2.5μm，二者均固定在光纤座8上。

准直透镜2和会聚镜6采用单透镜，固定在衬套座10且通过隔圈9进一步稳固，可提高光路的稳定性，减小测量误差。

其中，准直透镜2对通过入射光纤1传输过来的近红外光束进行准直，近红外光经过准直后进入液体探头主体3，探头采用JGS3石英棒材料，在石英棒一侧开槽，构成一定光程的间隙，探头的底部有两个45°的斜面，斜面的外表面有一层镀膜4，材料为金，可以提高光的反射率，光束在两个斜面经过两次反射，实现光路180°转折，当探头插入待测液体时，切口处就会充满液体，对反射光进行吸收，吸收后的光束垂直通过切口5，然后经过会聚镜6对经过液体探头主体3反射回来的近红外光进行会聚，使其会聚在出射光纤7。出射光纤7的另一端连接光谱仪，这样就能得到待测液体对光谱的吸收光谱图。

在液体探头主体3和锁紧套12中间设置聚四氟乙烯套11，可防止因热胀冷缩导致液体探头主体3和衬套座10之间松动或脱落。锁紧套12为金属材料，通过螺纹和衬套座10配合，将液体探头主体3和衬套座10连接并固定。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本发明实施例通过一体化的设计相对于目前市场上金属外壳与镜片组合的设计具有更好的结构稳定性和更长的使用寿命，同时还可提高接收效率，降低外界杂散光，简化操作流程，受液体温度影响较小，同时还可实现对高温液体的精确稳定测量。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。