专利名称：光纤温度浓度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光强度调制型光纤传感器。根据温度和浓度参量对回路光强度的 调制，最终把光信号的变化转化成电压的变化。该器件探头体积小、成本低、灵敏度高、并且 实现了“一头双探”的作用。
背景技术：
光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而形成的一门崭新的传感 技术，其传感灵敏度要比传统传感器高出许多倍，能满足在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性 等很多特殊环境的正常工作，如高压变压器内部线圈的热点测温，高压输电线路的温升测 试，贮油罐内液体的温度浓度测试、一些易燃易爆液体和气体的温度浓度测试、二相流三相 流浓度检测系统等。目前用于温度测量的光纤传感器主要有拉曼散射传感器和光纤光栅传感器；浓度 测量主要是后向散射式传感器。拉曼散射传感器和光纤光栅传感器都需要昂贵的光谱解调 仪，后向散射式传感器需要高功率激光器，因此这些传感器都价格昂贵。并且上述传感器存 在精度和量程上的矛盾，即提高了测量精度会使测量范围变小。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种成本低廉、测量精度高、量程宽，集温度测试和浓 度测试于一体的新型结构传感器。
具体实施例方式一种光纤温度浓度传感器，包括温度探测光源端口(7)，温度反馈端口(6)，温度 回路端口(10)，浓度探测光源端口(9)，浓度反馈端口(8)，浓度回路端口(11)，温度探头 (1)，浓度探头(2)。其特征在于浓度探头入射光束(20)经棱镜(17)反射后，返回至回路 光纤(21)，反射回路的光强随棱镜周围溶液浓度的变化而变化；温度探头入射光束(22)与 棱镜(18)间有一半导体薄片，不同温度下半导体的透射率不同使得回路光强发生变化。温 度光源端(7)和浓度光源(9)端各自引出一反馈回路(6)、(8)，温度浓度回路和反馈通过 光电二极管接入电路。温度探头(16)和浓度探头(15)分别置于探测器(3)的两个腔中，其中温度探头 腔前端密闭，浓度探头腔前端敞口 ；探头前端棱镜为一直角三棱镜(17)、(18)。棱镜可为塑 料、玻璃或石英材料。温度探头棱镜可在两个直角面镀高反膜，浓度探头棱镜可在其中一个 直角面镀高反膜，以此增强回路信号光强度。光源可以为LED光源或激光器。温度探测光源波长需与半导体材料的吸收波长匹 配，光电二极管亦需与光源匹配。温度探头(16)前端的半导体薄片可以置于入射光束(22) 与棱镜间，或回路光束(23)与棱镜间，也可以采用镀膜方式镀在入射光束前端或回路光束 前端或棱镜底面上。
温度回路(10)、温度反馈(6)、浓度回路(11)、浓度反馈⑶分别接入电路中的光 电二极管。温度回路(10)和温度反馈(6)、浓度回路(11)和浓度反馈⑶分别组成比较电 路，以此消除光源发光功率的波动对回路光强的影响。温度或浓度的变化使得温度回路或 浓度回路的光强发生变化，经过光电二极管的转化及电路的放大，最终表现为输出电压的变化。本发明成本低，精度高，量程宽，同时集合了光纤的优点，尤其适用于工业生产。测 量浓度的同时可得到温度信息，使测得的浓度参数具有更明确的意义，也可单独作为温度 计使用。
图一为探测器整体结构图1为温度探测器，置于前端密闭的腔中；2为浓度探测器，置于前端开口的腔中；3为探测器的整体；4为带披覆的钢管，保护内部的光纤传光束；5为光纤传光束；6为温度反馈端口；7为温度光源端口；8为浓度反馈端口；9为浓度光源端口；10为温度回路光口；11为浓度回路光口；12为一分四连接件；13为单根石英光纤；14为一分二连接件图二为温度和浓度探头原理图15为浓度探测头；16为温度探测头；17为浓度探头前端棱镜；18为温度探头前端棱镜；19为半导体薄片；20为浓度器探测入射光束；21为浓度探测器回路光束；22为温度探测器入射光束；23为温度探测器回路光束。
权利要求
一种光纤温度浓度传感器，包括温度探测光源端口(7)，温度反馈端口(6)，温度回路端口(10)，浓度探测光源端口(9)，浓度反馈端口(8)，浓度回路端口(11)，温度探头(1)，浓度探头(2)；其特征在于浓度探头入射光束(20)经棱镜(17)反射后，返回至回路光纤(21)，反射回路的光强随棱镜周围溶液浓度的变化而变化；温度探头入射光束(22)与棱镜(18)间有一半导体薄片，不同温度下半导体的透射率不同使得回路光强发生变化；温度光源端(7)和浓度光源端(9)各自引出一反馈回路(6)、(8)，温度浓度回路和反馈通过光电二极管接入电路。
2.根据权利要求1所述的温度浓度传感器，其特征在于温度探头(16)和浓度探头 (15)分别置于探测器(3)的两个腔中，其中温度探头腔前端密闭，浓度探头腔前端敞口 ；探 头前端棱镜为直角三棱镜(17，18)。
3.根据权利要求1或2所述的温度浓度传感器，其特征在于探头棱镜可为塑料、玻璃或 石英材料，温度探头棱镜可在两个直角面镀高反膜，浓度探头棱镜可在其中一个直角面镀 高反膜，以此增强回路信号光强度。
4.根据权利要求1所述的温度浓度传感器，其特征在于温度探头(16)前端的半导体薄 片可以置于入射光束(22)与棱镜间，或回路光束(23)与棱镜间，也可以采用镀膜方式镀在 入射光束前端或回路光束前端或棱镜底面上。
5.根据权利要求1所述的温度浓度传感器，其特征在于光源可以为LED光源或激光器。
6.根据权利要求1所述的温度浓度传感器，其特征在于温度回路(10)、温度反馈(6)、 浓度回路(11)、浓度反馈(8)分别接入电路中的光电二极管，温度回路(10)和温度反馈 (6)、浓度回路(11)和浓度反馈(8)分别组成比较电路，以此消除光源发光功率的波动对回 路光强的影响，温度或浓度的变化使得温度回路或浓度回路的光强发生变化，经过光电二 极管的转化及电路的放大，最终表现为输出电压的变化。
全文摘要
一种光纤温度浓度传感器，包括一个温度探头(16)和浓度探头(15)。探头前端置一直角棱镜(17)、(18)，温度探头入射光束(22)与棱镜(18)间有一半导体薄片(19)，不同温度下半导体的透射率不同使得回路光强发生变化。浓度探头(15)与外界接触，反射回路的光强随棱镜周围溶液浓度的变化而变化。同时增加了反馈光路(6)、(8)，消除光源能量抖动对测量的影响。回路光和反馈光通过光电二极管接入电路，本传感器具有实时在线和远程检测的能力，能够同时测得溶液的温度和浓度，成本低、稳定性好、量程宽、灵敏度高。
文档编号G01N21/59GK101968386SQ20101028584
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者朱文华, 杨双收, 许彦涛, 魏秀珍 申请人:北京北玻科技产业中心;北京玻璃研究院