溶液检测装置的制作方法

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种溶液检测装置。

背景技术：

液体作为一种物质形态，普遍存在与生活的各个角落。折射率是液体的重要光学参数之一，通过折射率能够了解液体的光学性能、纯度、浓度以及色散等性质，其他的一些参数如热光系数等也与折射率密切相关，因此对折射率的测量具有重要意义。

传统的测量液体的折射率的方法是采用阿贝折射仪进行测量的，测量时，从待测液体中取1-2滴样液滴在阿贝折射仪的进光棱镜磨砂面上，然后闭合两块棱镜，调节好视野后使明暗分界线处于十字线交叉点上即可从读书镜筒中读取液体的折射率。然而，这种方法需要取出样液进行检测，不能检测液体在实际工作状态下的折射率，检测结果不够准确，检测可靠性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的检测方法检测可靠性低的问题，提供一种溶液检测装置。

一种溶液检测装置，包括：光发生装置、传感装置、基体和信号处理装置，所述光发生装置连接所述传感装置，所述传感装置连接所述信号处理装置，所述传感装置固定设置于所述基体，所述传感装置和所述基体均固定设置在待测溶液中；

所述传感装置包括平行设置的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和所述第二光纤均固定设置于所述基体，所述第一光纤、所述第二光纤和所述基体均固定设置在待测溶液中，所述光发生装置连接所述第一光纤，所述第一光纤和所述第二光纤均连接所述信号处理装置，所述第一光纤刻有倾斜光纤光栅，所述光发生装置用于向所述第一光纤发射光脉冲，所述第一光纤用于根据所述待测溶液的温度产生反射光至所述信号处理装置，并用于根据所述待测溶液的折射率产生耦合光至所述第二光纤，所述第二光纤发送光信号至所述信号处理装置，所述信号处理装置用于对所述第一光纤发射的反射光和所述第二光纤发送的光信号进行分析得到所述待测溶液的温度和折射率。

上述溶液检测装置，传感装置包括平行设置的第一光纤和第二光纤，第一光纤接收到光脉冲后，根据待测溶液的温度产生反射光至信号处理装置，并用于根据待测溶液的折射率产生耦合光至第二光纤，第二光纤发送光信号至信号处理装置，信号处理装置对第一光纤发射的反射光和第二光纤发送的光信号进行分析得到待测溶液的温度和折射率，可以实现对待测溶液的温度和折射率同时检测。由于传感装置固定设置于基体，基体和传感装置均固定设置在待测溶液中，传感装置可以对工作状态下的溶液进行检测，且检测时不会发生晃动，可以提高检测结果的准确性，且采用光纤技术进行检测不受电磁干扰，耐腐蚀性强，准确性高，检测可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中溶液检测装置的结构框图；

图2为一个实施例中基体的结构图；

图3为另一个实施例中溶液检测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种溶液检测装置，包括光发生装置100、传感装置200、基体400和信号处理装置300，光发生装置100连接传感装置200，传感装置200连接信号处理装置300，传感装置200固定设置于基体400，传感装置200和基体400均固定设置在待测溶液中。传感装置200包括平行设置的第一光纤210和第二光纤220，第一光纤210和第二光纤220均固定设置于基体400，第一光纤210、第二光纤220和基体400均固定设置在待测溶液中，光发生装置100连接第一光纤210，第一光纤210和第二光纤220均连接信号处理装置300，第一光纤210刻有倾斜光纤光栅，光发生装置100用于向第一光纤210发射光脉冲，第一光纤210用于根据待测溶液的温度产生反射光至信号处理装置300，并用于根据待测溶液的折射率产生耦合光至第二光纤220，第二光纤220发送光信号至信号处理装置300，信号处理装置300用于对第一光纤210发射的反射光和第二光纤220发送的光信号进行分析得到待测溶液的温度和折射率，可以同时实现对待测溶液的温度和折射率的检测。由于传感装置200固定设置于基体400，基体400和传感装置200均固定设置在待测溶液中，传感装置200可以对工作状态下的溶液进行检测，且检测时不会发生晃动，可以提高检测结果的准确性，且采用光纤技术进行检测不受电磁干扰，耐腐蚀性强，检测可靠性高。

具体地，第一光纤210刻有倾斜光纤光栅，倾斜光纤光栅是指相对于第一光纤210的轴线具有倾斜角度的周期性条纹板，由于光纤光栅具有倾斜的角度，光发生装置100向第一光纤210发射光脉冲后，入射光进入倾斜光纤光栅，使得在第一光纤210包层里倾斜光纤光栅中反射的纤芯模激发出后向传输的包层模，这些包层模具有不同的有效折射率，对溶液的折射率变化非常敏感。入射光在纤芯和包层的分界面上产生全反射，大部分能量都集中在纤芯中，但是有一部分能量会渗透到包层和与第一光纤210平行设置的第二光纤220，它是一种强度沿第一光纤210径向呈指数衰减的电磁波，形成倏逝场。包层模作为第一光纤210产生的耦合光，通过倏逝场耦合到第二光纤220，耦合光经过第二光纤220后传输至信号处理装置300，信号处理装置300对接收到的耦合光进行分析可以得到待测溶液的折射率。倾斜光纤光栅中反射的纤芯模被倾斜光纤光栅直接沿着纤芯原路反射回去，作为第一光纤210的反射光传输至信号处理装置300，纤芯模对待测溶液的温度变化敏感，信号处理装置300通过对接收到的反射光进行分析可以得到待测溶液的温度，纤芯膜对待测溶液的折射率变化不敏感，不会由于待测溶液折射率的变化发生改变，可提供稳定独立的待测溶液温度变化信息，因此该溶液检测装置还可以减少待测溶液的温度和折射率的相互干扰，提高检测结果的准确性。倾斜光纤光栅的倾斜角度和第一光纤210包层的直径大小并不是唯一的，可根据实际需求调整。采用光纤技术进行检测不受电磁干扰，耐腐蚀性强，准确性高，检测可靠性高。

传感装置200固定设置于基体400，在检测过程中，传感装置200不会与基体400发生相对的位置变化，可以减小由于传感装置200检测时的抖动带来的检测误差。传感装置200和基体400均固定设置在待测溶液中，具体固定设置在盛放待测溶液的容器中，当待测溶液发生晃动时，基体400位置不会发生改变，避免因为基体400位置变化导致的检测误差，此外，传感装置200还可以设置在传输流动的液体的容器如管道中，对经过的溶液的折射率进行检测，实现对动态溶液的折射率和温度检测，提高了检测的可靠性。要实现基体400的固定设置，采取的方式并不是唯一的，例如可以将基体400粘贴在盛放待测溶液的容器中，操作简单，也可以采用其他的方式，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，第二光纤220为d型光纤。d型光纤可以与第一光纤210产生较强的相互作用，接收到的耦合光的强度更大，有利于提高检测的准确性。

具体地，d型光纤是指横截面的形状类似于字母“d”的光纤，由于d型光纤具有非圆对称性，当d型光纤与第一光纤210平行设置时，纤芯之间的距离较近，接收到的能量较多，因此与第一光纤210的相互作用较强。当第一光纤210的包层膜通过倏逝场耦合到d型光纤时，倏逝场的能量较强，d型光纤可以接收到较强的包层模信号，包层模信号经过第二光纤220后传输至信号处理装置300，信号处理装置300对接收到的耦合光进行分析可以得到待测溶液的折射率，通过d型光纤的使用可以提高耦合光的信号强度，从而提高检测的稳定性和检测结果的准确性。

在一个实施例中，请参见图2，基体400表面形成有通槽410，第一光纤210和第二光纤220均设置于通槽410内，第一光纤210和第二光纤220固定设置在通槽410内，基体400上设置的通槽410可以对第一光纤210和第二光纤220起到承载和固定作用。

具体地，基体400表面形成有通槽410，通槽410两端的延伸长度可根据实际需求调整，通槽410的深度由基体400表面向基体400中心扩展，基体400上的通槽410起到承载第一光纤210和第二光纤220的作用，第一光纤210和第二光纤220部分设置于通槽410内，另一部分与待测溶液接触，可以灵敏地感应到待测溶液的温度和折射率的变化。第一光纤210和第二光纤220固定设置于通槽410内，以避免多次检测或待测溶液发生晃动时，由于第一光纤210和第二光纤220位置移动影响实验结果的准确性，第一光纤210和第二光纤220的固定方式并不是唯一的，例如可采用粘胶在通槽410内与基体400贴合，操作简单。

在一个实施例中，基体400为正方体基体。正方体基体与压力容器的接触面较大，有利于基体400的固定，从而减小检测过程中基体400位置改变影响检测结果的准确性。此外，当需要多个基体400设置在一起使用时，各个正方体基体之间连接的间隙较小，有利于节省空间，也能提高连接结构的稳定性。可以理解，在其他实施里中，基体400也可以为其他形状，例如球体或类球体等，可根据实际需求决定。可扩展地，基体400的材料并不是唯一的，在本实施例中，基体400为弹性体材料制成的基体400，例如可采用轻质高强度合金如钦合金等材料制作而成，弹性基体400作为一个整体采用高强度轻质合金一次加工成型，有较高的强度和较轻便的质量，使用便捷。基体400的大小可根据实际应用的需求进行调整，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图3，信号处理装置300包括光电探测器310和数据采集装置，第一光纤210和第二光纤220均连接光电探测器310，光电探测器310连接数据采集装置。光电探测器310将接收到的第一光纤210发射的反射光和第二光纤220发送的光信号转化为电信号后传输给数据采集装置进行处理，实现对待测溶液的检测。

具体地，当光发生装置100发射的光的中心波长与第一光纤210刻有的倾斜光纤光栅的布拉格反射中心波长相同时，光电探测器310探测到的光信号最强，光电转换的电压最大，光电探测器310将转换后的电信号发送至数据采集装置进行数据采集、峰值检测及数据处理，根据波长与电压的对应关系，可通过测得的电压值计算得出第一光纤210反馈回的波长值，当被测溶液的温度发生改变时，相应的反射光的波长也会发生改变，可根据检测出的反射波长的改变获取待测溶液的温度的变化。根据电信号强度与折射率的对应关系，可通过测得的第二光纤220传输过来的光信号获取电信号的大小，实现待测溶液的折射率的检测。光电探测器310的类型并不是唯一的，例如可以为光电二极管，光电二极管可以把光信号转换成电信号，且寿命长，成本低。可以理解，在其他实施例中，光电探测器310也可以为其他类型器件，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图3，光电探测器310包括第一光电探测器312和第二光电探测器314，第一光电探测器312连接第一光纤210，第二光电探测器314连接第二光纤220，第一光电探测器312和第二光电探测器314均连接数据采集装置。具体地，第一光电探测器312用于接收第一光纤210传输的反射光，并转换成电信号后发送给数据采集装置，第二光电探测器314用于接收第二光纤220传输的光信号，并转换成电信号后发送给数据采集装置，数据采集装置再对两种信号分别进行处理，实现对待测溶液的温度和折射率的检测。通过两个光电探测器310可以分两条线路分别对第一光纤210产生的发射光和第二光纤220产生的光信号进行传输，可以避免两种信号的相互干扰，提高了检测结果的准确性。

在一个实施例中，请参见图3，信号处理装置300还包括放大电路330，放大电路330一端连接光电探测器310，另一端连接数据采集装置。放大电路330将光电探测器310转换后的电信号进行放大，以使数据采集装置能更好地实现信息采集。

具体地，放大电路330接收来自光电探测器310的电信号后，可以将电信号中的微弱信号放大至数据采集装置可以采集到的幅度值，且放大后的信号不会失真，与原输入信号变化规律一致。光电探测器310通过放大电路330连接数据采集装置，可以减少由于光电探测器310的输出电信号强度过小导致不能被数据采集装置采集到的情况，从而可以提高检测的准确性。放大电路330的结构并不是唯一的，例如可以为放大器，可扩展地，放大电路330除了具有信号放大的功能之外，还可以根据需求增加其他电路结构以满足更多需求，例如放大电路330还包括滤波电路，用于滤除信号中的杂波，以提高信号的纯度。

在一个实施例中，请参见图3，溶液检测装置还包括光纤耦合器500，光发生装置100通过光纤耦合器500连接第一光纤210，第一光纤210通过光纤耦合器500连接第一光电探测器312。光纤耦合器500是一种全光纤器件，它既具有光纤光栅优良的光谱特性,又兼有光纤耦合器500多端口的特点,可用于多端口输入输出，是一种插入损耗小、波长选择性好的偏振无关器件。具体地，光纤耦合器500包含多个不同端口连接的传输线路，光发生装置100发射的光脉冲通过光纤耦合器500的正向传输线路入射到第一光纤210，第一光纤210中的倾斜光纤光栅产生的反射光通过光纤耦合器500的反向传输线路传输到第一光电探测器312，由第一光电探测器312进行信号的转换与传输。通过光纤耦合器500的使用，不仅可以提供多个连接端口，使用便捷，且可以减小连接光发生装置100与第一光纤210的线路和连接第一光纤210和第一光电探测器312的线路的信号产生相互干扰，提高检测结果的准确性。

在一个实施例中，请参见图3，传感装置还包括单模光纤230，单模光纤230与第二光纤220熔接，第二光纤220通过单模光纤230连接第二光电探测器314。由于单模光纤230是只能传输一种模式的光纤，第一光纤210产生纤芯模和包层模后，包层模通过倏逝场耦合到第二光纤220，第二光纤220根据接收到的包层模产生光信号，光信号通过单模光纤230传输到第二光电探测器314，可以去除光信号后中的杂乱信号，提高光信号的纯度，从而提高检测结果的准确性。

在一个实施例中，第一光纤210和第二光纤220接触设置。第二光纤220接收来自第一光纤210的耦合光，当第二光纤220和第一光纤210紧密设置时，可以缩短耦合光的传输路径，从而提高第二光纤220接收到的耦合光的强度，提高检测结果的准确性。可扩展地，第一光纤210和第二光纤220接触且固定设置，第一光纤210和第二光纤220的相对位置不发生变化。当第一光纤210和第二光纤220接触且固定设置时，在待测发生晃动的情况下第一光纤210和第二光纤220的位置也不会改变，此外，不会由于第一光纤210和第二光纤220的相对位置发生变化导致第二光纤220接收到的耦合光的强度发生变化，可以减小检测误差，提高检测可靠性。

上述溶液检测装置，传感装置200包括平行设置的第一光纤210和第二光纤220，第一光纤210接收到光脉冲后，根据待测溶液的温度产生反射光至信号处理装置300，并用于根据待测溶液的折射率产生耦合光至第二光纤220，第二光纤220发送光信号至信号处理装置300，信号处理装置300对第一光纤210发射的反射光和第二光纤220发送的光信号进行分析得到待测溶液的温度和折射率，可以实现对待测溶液的温度和折射率同时检测。由于传感装置200固定设置于基体400，基体400和传感装置200均固定设置在待测溶液中，传感装置200可以对工作状态下的溶液进行检测，且检测时不会发生晃动，可以提高检测结果的准确性，且采用光纤技术进行检测不受电磁干扰，耐腐蚀性强，准确性高，检测可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。