高灵敏度光纤重量检测装置及系统的制作方法

1.本技术涉及重量检测领域，具体而言，涉及一种高灵敏度光纤重量检测装置及系统。


背景技术：

2.重量是物体受重力的大小的度量，重量和质量不同，单位是牛顿。它是一种物体的基本属性，而微重量测量是指对物质质量为纳克的物质进行测量。
3.现有技术中，一般精度较高的测量重量的装置为数字电子秤，一般的数字电子秤的精度为毫克，而随着科学技术的发展，在实验室或高精度的测量环境下，微小物质的质量称量需要精确到微克，如细菌、病毒、小分子物质等，若要用传统的称量方法进行称量，精度达不到。
4.继而使得，现有技术中的高精度电子秤由于精度较低，难以实现对重量的精确测量，现需一种能实现高精度测量重量的重量测量装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种高灵敏度光纤重量检测装置技系统，以解决现有技术中的高精度电子秤由于精度较低，难以实现对重量的精确测量，现需一种能实现高精度测量重量的重量测量装置的问题。
6.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术提供一种高灵敏度光纤重量检测装置，装置包括：壳体、光源、第一光纤、第二光纤、第三光纤、光探测器、第一牵引绳、第二牵引绳、转筒、连接部、载物部和支撑部；第一光纤、第二光纤和第三光纤依次同轴设置在光源和光探测器之间，且第一光纤和第二光纤之间设置有间隙，第二光纤和第三光纤设置有间隙，转筒套设在第二光纤外部，壳体的侧壁上设置有槽，连接部通过槽伸入壳体内部，且与转筒连接，另一端与载物部连接，且连接部与转筒的连线与水平面的夹角为锐角，第一牵引绳连接在第二光纤靠近光源的一端与壳体的内壁上，第二牵引绳连接在第二光纤靠近光探测器的一端与壳体的内壁上，支撑部设置在壳体外部。
8.可选地，该连接部为刚性材料。
9.可选地，该第二光纤靠近光源一端的半径大于第二光纤靠近光探测器一端的半径。
10.可选地，该第二光纤的外壁设置为锯齿状，转筒的内壁设置为锯齿状结构，第二光纤的外壁与转筒的内壁卡接。
11.可选地，该第二光纤为矩形光纤。
12.可选地，该第一光纤、第二光纤和第三光纤均为塑料光纤。
13.可选地，该光源为卤素灯光源。
14.可选地，该第一牵引绳和第二牵引绳的材料为轻质弹性材料。
15.可选地，该光探测器包括光谱仪、光电倍增管、光敏电阻和硅光电器件中至少一种。
16.第二方面，本技术提供一种高灵敏度的重量检测系统，系统包括：计算机和第一方面任意一项的高灵敏度光纤重量检测装置，计算机与装置的光探测器通信连接，用于获取光探测器采集的光谱信号变化情况，并根据光谱信号变化情况与重量的对应关系，得到待测重量。
17.本发明的有益效果是：
18.本技术提供的高灵敏度光纤重量检测装置，装置包括：壳体、光源、第一光纤、第二光纤、第三光纤、光探测器、第一牵引绳、第二牵引绳、转筒、连接部、载物部和支撑部；第一光纤、第二光纤和第三光纤依次同轴设置在光源和光探测器之间，且第一光纤和第二光纤之间设置有间隙，第二光纤和第三光纤设置有间隙，转筒套设在第二光纤外部，壳体的侧壁上设置有槽，连接部通过槽伸入壳体内部，且与转筒连接，另一端与载物部连接，且连接部与转筒的连线与水平面的夹角为锐角，第一牵引绳连接在第二光纤靠近光源的一端与壳体的内壁上，第二牵引绳连接在第二光纤靠近光探测器的一端与壳体的内壁上，支撑部设置在壳体外部；当需要对待测物体质量进行测量之前，打开光源，光源产生的光信号通过第一光纤耦合到第二光纤，在通过第二光纤耦合到第三光纤，光信号传递到该光探测器，该光探测器检测出射光信号的光谱，当需要对待测物体质量进行测量时，将待测物体放置在载物部上，由于连接部与转筒的连线与水平面的夹角为锐角，在重力的作用下，该第二光纤和该转筒下降一定的距离，且该转筒带动该第二光纤转动，使得该第一牵引绳和第二牵引绳缠绕在该第二光纤外壁上，在转筒转动过程中，该第二光纤向上位移，此过程中，第一光纤和第二光纤的耦合角度改变，该第二光纤与该第三光纤的耦合角度发生改变，进而改变该光信号在该第一光纤、第二光纤和第三光纤的光程和光损，进而使得该第三光纤出射到该光探测器上的光信号的光谱发生变化，根据该光谱信号变化情况与重量的对应关系，得到待测重量，由于本技术使用光信号检测重量，进而使得检测得到的重量精度高，准确率高，且灵敏度高。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本发明一实施例提供的一种高灵敏度光纤重量检测装置的结构示意图；
21.图2为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度光纤重量检测装置的结构示意图。
22.图标：10-壳体；20-光源；30-第一光纤；31-第二光纤；32-第三光纤；33-第一牵引绳；34-第二牵引绳；40-光探测器；50-转筒；60-连接部；70-载物部；80-支撑部。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
28.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
30.图1为本发明一实施例提供的一种高灵敏度光纤重量检测装置的结构示意图；如图1所示，本技术提供一种高灵敏度光纤重量检测装置，装置包括：壳体10、光源20、第一光纤30、第二光纤31、第三光纤32、光探测器40、第一牵引绳33、第二牵引绳34、转筒50、连接部60、载物部70和支撑部80；光源20和光探测器40分别设置在壳体10内部的两端，第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32依次同轴设置在光源20和光探测器40之间，且第一光纤30和第二光纤31之间设置有间隙，第二光纤31和第三光纤32设置有间隙，转筒50套设在第二光纤31外部，壳体10的侧壁上设置有槽，连接部60通过槽伸入壳体10内部，且与转筒50连接，另一端与载物部70连接，且连接部60与转筒50的连线与水平面的夹角为锐角，第一牵引绳33连接在第二光纤31靠近光源20的一端与壳体10的内壁上，第二牵引绳34连接在第二光纤31靠近光探测器40的一端与壳体10的内壁上，支撑部80设置在壳体10外部。
31.该壳体10的形状根据实际需要而定，在此不做具体限定，为了方便说明，在此以该壳体10的形状为长方体进行说明，该长方体的壳体10内部设置有光源20、第一光纤30、第二光纤31、第三光纤32、光探测器40、第一牵引绳33、第二牵引绳34和转筒50，其中，该光源20和光探测器40分别设置在该长方体的壳体10内部的两端，即该光源20设置在该壳体10内部的一端的内壁上，该光探测器40设置在该壳体10内部的另一端内壁上，其中，该光源20用于产生光信号，该光探测器40用于对光信号进行处理探测，该第一光纤30、第二光纤31和第三
光纤32依次设置在该光源20和光探测器40之间，且该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32同轴设置，使得光源20产生的光信号传递该第一光纤30，该光信号通过该第一光纤30传递给第二光纤31，之后通过第二光纤31传递到第三光纤32处，第三光纤32将光信号输出到该光探测器40上，在实际应用中，该第一光纤30远离该第二光纤31的一端与该光源20连接，该第三光纤32远离第二光纤31的一端与该光探测器40连接，该第二光纤31由该第一牵引绳33和第二牵引绳34与该壳体10内壁连接，使得该第二光纤31在第一牵引绳33和第二牵引绳34的作用下悬空，在实际应用中，在使用第一牵引绳33和第二牵引绳34之后，该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32依旧同轴设置，该第二光纤31的外部还套设有该转筒50，该第二光纤31的外壁与该转筒50的内壁连接，使得该转筒50在转动时，带动该第二光纤31转动，该壳体10的侧壁上设置有槽，连接部60通过槽伸入壳体10内部，且与转筒50连接，另一端与载物部70连接，该槽的轴线与第二光纤31的轴线垂直，当待测物体放置在该载物部70上时，该第二光纤31一共有两种变化，其中，第一种为该载物部70用于放置待测物体，在待测物体的作用下该载物部70向下移动，由于该载物部70通过该连接部60与该转筒50连接，则该载物部70向下移动，带动该转筒50向下移动，进而使得第二光纤31向下移动，改变第二光纤31对第一光纤30中的光信号的耦合情况，进而使得光探测器40接收到的光信号的光谱发生改变；第二种为该连接部60与转筒50的连线与水平面的夹角为锐角，则在载物部70放置待测物体时，该载物部70还会发生转动，在该连接部60的作用下，该转筒50带动第二光纤31转动，由于该第二光纤31上通过该第一牵引绳33和第二牵引绳34连接在该壳体10内部，则该第二光纤31转动使得该第一牵引绳33和第二牵引绳34缠绕在该第二光纤31上，进而使得该第二光纤31向上移动，且该第二光纤31发生扭转，即该第二光纤31的形状发生改变，从而改变光信号在该第二光纤31中的光程和光损，进而使得光探测器40接收到的光信号的光谱再次发生改变；在实际应用中，检测待测物体重量的步骤具体为：当需要对待测物体质量进行测量之前，打开光源20，光源20产生的光信号通过第一光纤30耦合到第二光纤31，在通过第二光纤31耦合到第三光纤32，光信号传递到该光探测器40，该光探测器40检测出射光信号的光谱，当需要对待测物体质量进行测量时，将待测物体放置在载物部70上，由于连接部60与转筒50的连线与水平面的夹角为锐角，在重力的作用下，该第二光纤31和该转筒50下降一定的距离，且该转筒50带动该第二光纤31转动，使得该第一牵引绳33和第二牵引绳34，缠绕在该第二光纤31外壁上，在转筒50转动过程中，该第二光纤31向上位移，此过程中，第一光纤30和第二光纤31的耦合角度改变，该第二光纤31与该第三光纤32的耦合角度发生改变，进而改变该光信号在该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32的光程和光损，进而使得该第三光纤32出射到该光探测器40上的光信号的光谱发生变化，根据该光谱信号变化情况与重量的对应关系，得到待测重量，在实际应用中，该光谱信号变化情况与重量的对应关系，根据实验检测得到，在此不做具体限定。由于本技术使用光信号检测重量，进而使得检测得到的重量精度高，准确率高，并且由于光纤的微弱形变均为使得输出的光信号的光谱发生较大改变，进而使得本技术的装置对待测物体重量的检测的灵敏度也更高；另外，该槽的尺寸的宽度一般略大于该连接部60的宽度，该槽的长度根据具体需要进行设置，在此不做具体限定，且该转筒50用于连接该连接部60和该第二光纤31，并在连接部60的带动下使得该第二光纤31转动和移动，该连接部60用于将该载物部70的力传递到该转筒50，该载物部70用于放置待测物体，该支撑部80用于对本技术的整个装置进行支撑，且转筒50、连接部
60、载物部70和支撑部80的形状根据实际需要而定，在此不做具体限定，该光探测器40的种类根据实际需要而定，在此不做具体限定，一般的，该光探测器40可以为光谱仪。
32.可选地，该连接部60为刚性材料。
33.刚性材料的连接部60使得，该载物部70在有待测物体放置的情况下，该载物部70受到的力可以尽量多的传递到该转筒50上，即该转筒50的下降程度和该转筒50的转动情况均与该载物部70的下降程度和该载物部70的转动情况相同，进而减少力在传递过程中的损耗，从而使得本技术的装置对重量的检测更准确。
34.图2为本发明一实施例提供的另一种高灵敏度光纤重量检测装置的结构示意图；如图2所示，可选地，该第二光纤31靠近光源20一端的半径大于第二光源20靠近光探测器40一端的半径。
35.第二光纤31靠近光源20一端的半径大于第二光源20靠近光探测器40一端的半径，使得第二光纤31可以更好的接收第一光纤30传递的光信号，并且更好的将光信号传递到第三光纤32中，如此一来，当受到大重力时，在第二光纤的旋转过程中，会保证第二光纤的头部数值孔径范围内总有第一光纤出射出来的光，总能顺畅的接收第一光纤的光信号和顺畅的传递光信号至第三光纤中，不至于旋转后由于位置的错开而导致的光路闭塞，大程度避免了因为受到大重力而带来的量程小的问题。
36.可选地，该第二光纤31靠近光源20一端的半径大于第一光纤30的半径，且第二光纤31靠近光探测器40一端的半径小于第三光纤32的半径。
37.第二光纤31靠近光源20一端的半径大于第一光纤30的半径，且第二光纤31靠近光探测器40一端的半径大于第三光纤32的半径，这样使得第二光纤31可以更好的接收第一光纤30传递的光信号，并且更好的将光信号传递到第三光纤32中，即，如此一来，当受到大重力时，在第二光纤的旋转过程中，会保证第二光纤的头部数值孔径范围内总有第一光纤出射出来的光，总能顺畅的接收第一光纤的光信号和顺畅的传递光信号至第三光纤中，不至于旋转后由于位置的错开而导致的光路闭塞，大程度避免了因为受到大重力而带来的量程小的问题。
38.可选地，该第二光纤31的外壁设置为锯齿状，转筒50的内壁设置为锯齿状结构，第二光纤31的外壁与转筒50的内壁卡接。
39.锯齿状结构的第二光纤31的外壁和锯齿状结构的转筒50的内壁，使得第二光纤31的外壁和转筒50的内壁更加紧密的卡接，减少力在传递过程中的损耗，并且使的第二光纤31的折射率改变更明显，进而进一步的，更多改变光在第二光纤31内部的耦合特性，进而使得本技术的装置检测的重量更加准确。
40.可选地，该第二光纤31垂直于轴线的横截面为矩形。
41.横截面为矩形的第二光纤31，相比于常规的圆形头的第二光纤31，在耦合时候，受到耦合角度，位置的影响更大，进而使得第二光纤31只需微弱的形变，就能带来光谱的较大程度的变化，使得本装置对重量的检测更加灵敏。
42.可选地，该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32均为塑料光纤。
43.塑料光纤比较柔软，容易安装和维护，低廉成本，坚固耐用，系统更加稳定，适应性增强，进而减少本技术的装置的成本。
44.可选地，该光源20为卤素灯光源20。
45.在空间光直接耦合或者是透镜耦合时，卤素灯光源20最终产生的光谱较为平滑，易于探测。
46.可选地，该第一牵引绳33和第二牵引绳34的材料为轻质弹性材料。
47.该第一牵引绳33和第二牵引绳34为轻质弹性材料，当该第一牵引绳33和第二牵引绳34受到拉力时，软绳自身也会被拉长，使得第一光纤30与第二光纤31的耦合、第二光纤31与第三光纤32的耦合位置进一步变化，从而使得光纤空间耦合的位置角度改变增大，改变光纤的模式更多，且使得光纤的数值孔径位置的变化，多重改变使得本装置更加灵敏。
48.可选地，该光探测器40包括光电倍增管、光敏电阻和硅光电器件。
49.第三光纤32出射的光信号通过光电倍增管、光敏电阻和硅光电器件的处理，使得辐射信号源及光学系统在光谱特性上相匹配，进而使得检测重量的准确性和灵敏度都得到提高。
50.可选地，该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32之间的间隙的距离为10微米，10微米的距离使得第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32之间的耦合更顺畅，系统更加灵敏。
51.可选地，该转筒50未与该第二光纤31接触的部位设置为空心结构，既可以减少了转筒50的质量，使其受力时，惯性减少，还可以减少力的损耗，增加本技术检测重量的准确性。
52.本技术提供的高灵敏度光纤重量检测装置，装置包括：壳体10、光源20、第一光纤30、第二光纤31、第三光纤32、光探测器40、第一牵引绳33、第二牵引绳34、转筒50、连接部60、载物部70和支撑部80；光源20和光探测器40分别设置在壳体10内部的两端，第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32依次同轴设置在光源20和光探测器40之间，且第一光纤30和第二光纤31之间设置有间隙，第二光纤31和第三光纤32设置有间隙，转筒50套设在第二光纤31外部，壳体10的侧壁上设置有槽，连接部60通过槽伸入壳体10内部，且与转筒50连接，另一端与载物部70连接，且连接部60与转筒50的连线与水平面的夹角为锐角，第一牵引绳33连接在第二光纤31靠近光源20的一端与壳体10的内壁上，第二牵引绳34连接在第二光纤31靠近光探测器40的一端与壳体10的内壁上，支撑部80设置在壳体10外部；当需要对待测物体质量进行测量之前，打开光源20，光源20产生的光信号通过第一光纤30耦合到第二光纤31，在通过第二光纤31耦合到第三光纤32，光信号传递到该光探测器40和光探测器40，该光探测器40检测出射光信号的光谱，当需要对待测物体质量进行测量时，将待测物体放置在载物部70上，由于连接部60与转筒50的连线与水平面的夹角为锐角，在重力的作用下，该第二光纤31和该转筒50下降一定的距离，且该转筒50带动该第二光纤31转动，使得该第一牵引绳33和第二牵引绳34，缠绕在该第二光纤31外壁上，在转筒50转动过程中，该第二光纤31向上位移，此过程中，第一光纤30和第二光纤31的耦合角度改变，该第二光纤31与该第三光纤32的耦合角度发生改变，进而改变该光信号在该第一光纤30、第二光纤31和第三光纤32的光程和光损，进而使得该第三光纤32出射到该光探测器40上的光信号的光谱发生变化，根据该光谱信号变化情况与重量的对应关系，得到待测重量，由于本技术使用光信号检测重量，进而使得检测得到的重量精度高，准确率高，且灵敏度高。
53.本技术提供一种高灵敏度的重量检测系统，系统包括：计算机和上述任意一项的高灵敏度光纤重量检测装置，计算机与装置的光探测器40通信连接，用于获取光探测器40采集的光谱信号变化情况，并根据光谱信号变化情况与重量的对应关系，得到待测重量。
54.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。