性的影响；配套的硬件电路，配置 了前置放大模块电路来对微电流信号进行放大，以及设计二级去温漂放大电路来减少温湿 度漂移对系统测量的影响；对所获得的信号进行数字滤波，进而通过标准方程计算乳液中 的主成份含量。测量系统不仅集成度高、消耗样品数量少，而且是一种无损测量方法；测量 方法还实现了对测量结果的实时显示，非常适用于乳液主成份含量的测量分析。
【附图说明】
[0036] 图1为一种乳液主成份含量测量系统的框图；
[0037] 图2为自聚焦光纤中光线传播路径；
[0038] 图3为一种乳液主成份含量测量系统中W型光纤的结构图；
[0039] 图4为一种乳液主成份含量测量系统光强变化规律示意图；
[0040]图5为一种乳液主成份含量测量系统中屏蔽环示意图；
[0041] 图6为一种乳液主成份含量测量方法中前置放大电路图；
[0042] 图7为一种乳液主成份含量测量方法中二级放大电路图；
[0043] 图8为一种乳液主成份含量测量方法中信号处理模块硬件电路示意图；
[0044] 图9为一种乳液主成份含量测量方法中处理器读取数据的流程图；
[0045] 图10为一种乳液主成份含量测量方法中数字滤波流程图；
[0046] 图11为一种乳液主成份含量测量方法中计算主成分含量流程图；
[0047] 图12为采用乳液主成份含量测量系统的一种实施例数据拟合曲线图；
[0048] 图13为采用乳液主成份含量测量系统的一种实施例数据拟合曲线图；
[0049] 图14为采用乳液主成份含量测量系统的一种实施例数据拟合曲线图。
[0050] 其中，
[0051] 101近红外LED 102光电探测器 103光电探测器
[0052] 104自聚焦光纤 105自聚焦光纤 106自聚焦光纤
[0053] 107 W型光纤 108自聚焦光纤 109自聚焦光纤
[0054] 11〇测量杯 111测量杯 112恒温控制模块
[0055] 113前置放大电路 114前置放大电路115二级差分放大电路
[0056] 116 A/D转换模块 117处理器 118数码管
[0057] 119运算放大电路模块120升降台 121光电传感器模块
[0058] 122测量系统主体
[0059] 301光纤输出端 302光纤输入端 303光纤输入端
[0060]304光纤输出端 305光纤探头 306光纤探头
[0061]307初始光线出射口308反射光线入射口309反射光线入射口
[0062] 310初始光线出射口 311反射光线出射口 312初始光线入射口
[0063] 313反射光线出射口
[0064] 501屏蔽环 502屏蔽环
[0065] 800移位寄存器。
【具体实施方式】
[0066] 本实用新型提供一种乳液主成份含量测量系统及其测量方法，为使本实用新型的 目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说 明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0067] 为了达到上述实用新型目的，本实用新型的技术方案为基于W型光纤传感器的乳 液中主成份含量测量系统，其相应的测量系统组成如图1所示，具体包括下列模块：
[0068] 导光模块107、信号源模块101、光纤親合模块包含五个自聚焦光纤104、105、106、 108、109以及感光模块，导光模块107设有光纤输入端312、光纤输出端和光纤探头，光纤输 入端312、光纤输出端和光纤探头上分别连接自聚焦光纤；其中，所述光纤输出端通过自聚 焦光纤连接感光模块，光纤输入端312通过自聚焦光纤连接信号源模块101。
[0069] 信号源模块101，用于系统的初始信号发射。该信号源的发射信号是本系统的关 键，对稳定性的要求较高，发光二极管（LED)是一种非相干光源，谱线较宽并且发射角比较 大，在短距离光传输中应用比较广泛，LED具有工作电压低、响应速度快、小巧轻便、使用寿 命长等优点，满足本实用新型的要求，因此选择近红外LED作为系统的信号源。
[0070] 其中，上述的导光模块107为W型光纤，包括五个端口，其中有两个为光纤输出端 313、311，两个为光纤探头306和305, 一个光纤输入端312 ;两个光纤探头结构相同，其端 面则包括内层和外层，其中一个光纤探头305位于待测乳液样品上方，其内层用于将进入 导光模块107光纤输入端的光垂直入射到乳液样品，其外层用于接收由乳液样品漫反射的 光；另一个光纤探头306位于蒸馏水上方，其内层用于将进入导光模块光纤输入端的光垂 直入射到蒸馏水，其外层用于接收由蒸馏水漫反射的光。
[0071] W型光纤是一种新型光纤，利用它可以实现入射光和反射光的分离，从而极大地消 除了背景光的影响，同时减少了光源波动和镜面反射的影响，其结构如图3所示。在这里， 对W型光纤的具体操作进行说明。
[0072] 导光模块107的输入端302和303分别作为导光模块的信号输入端，其公共输入 端面为312 ;301和304分别作为导光模块的信号输出端，其输出端面为311和313。光纤 探头305和306结构相同，它们的端面则包括两部分，其中，一个光纤探头305的内层部分 为310外层部分为309,另一个光纤探头306的内层部分为307外层部分为308 ;光纤探头 305的内层310用于将进入导光模块107输入端302的光垂直入射到乳液样品，光纤探头 305的外层309用于接收由乳液样品漫反射的光。光纤探头306的内层307用于将进入导 光模块107输入端303的光垂直入射到蒸馏水的表面，光纤探头306的外层308用于接收 由蒸馏水反射的光。
[0073] 由光纤探头305的外层309进入光纤的光，是经过待测乳液样品漫反射后的光，因 此必定携带了乳液样品的主成分含量信息。由光纤探头306的外层308进入光纤的光，是 经过蒸馏水反射后的光，因此携带了液体镜面反射光强的信息。探测到的两个光信号作差 分放大，即消除了镜面反射和光源波动等外界因素的影响，只有漫反射光强。由于漫反射光 强与待测乳液样品浓度，即样品中的主成分含量，是有密切关系的，因此根据输出端301与 304射出的反射光的强度之差，就可以得出待测乳液样品的主成分含量百分比，这也就是本 系统的测量原理所在。
[0074] 从导光模块107的光纤输出端311和313射出的光线，通过耦合光纤模块106和 104后，射到光电探测器103和102表面上，由光电探测器103和102将这两个光信号转换 成电信号。光电探测器密封在一个暗盒中，以避免受外界光的影响。检测这两个电信号强 度，即相当于检测光信号的强度，所以电信号也就反映了待测乳液的主成分含量信息。
[0075] 进一步，所述信号源模块采用近红外LED，所述信号源模块与光纤输入端耦合，光 2^777 纤输入端上连接的自聚焦光纤长度为L/4的奇数倍，1 = 一1，其中a为一常数，％为折射 a 率。
[0076] 光纤耦合模块105用于将信号源模块101发射的初始信号耦合至导光模块107 中；光纤耦合模块108和109用于将初始信号射出照射到液体表面，并将液体反射回来的光 信号耦合入导光模块107中；光纤耦合模块104和106用于将样品反射回来的光信号射出 至光电探测器102和103上。这里对光纤耦合方法以及本实用新型使用的光纤耦合方法进 行说明。
[0077] 由于信号源需要和光纤的输入端312耦合，本实用新型所述的系统中采用自聚焦 耦合的方式，自聚焦光纤中光线传播路径如图2所示。从图中可以看出，不同入射角的光在 0 fiyt 自聚焦光纤中传播具有相同的空间周期Z= 其中a为一常数，％为折射率。当自聚 a 焦光纤长度取L/4或者L/4的奇数倍，光从光纤截面射出时，均是沿着正弦曲线的切线方向 射出，即以平行于光纤轴线的方向射出。因此，当选择的自聚焦光纤长度为周期L的1/4倍 时，即可实现对信号的高效率耦合。
[0078] 本系统测量乳液主成分含量的关键就是测量由光纤输出端301与304射出的光 强。因此