棱镜型光纤液体折射率传感器关键技术研究

在基础研究、化学分析、污染物检测、诊断学、食品和半导体制造业等领域内需要对液体浓度进行精确的测量。许多开发和产品的最终测量过程中，类似折射率和光吸收测量等光学手段得到越来越多的应用，其中利用折射率来测量液体的浓度成为了一个被十分关注的领域，在许多场合中，折射率的测量成为检测水和一些其他溶液浓度的一种理想方法。同一些化学方法相比既简单又廉价，并且不改变溶液本身性质。首先，本设计从折射率同溶液浓度关系出发，分析了折射率方法测量溶液浓度的国内外发展现状，确定所采用的测量数据及相应的测量方法。其次，建立溶液浓度与其折射率的对应关系、测量压差比与溶液浓度的对应关系。根据菲涅尔公式在入射角小于临界角情况下测量溶液浓度，此种情况下测量对溶液没有特殊要求，适应范围广，并且在靠近临界角的区域反射能量随角度的变化十分显著，测量的灵敏度较高，可以直接进行测量，快速方便，有利于测量向在线方向发展。最后，搭建光纤传感器系统、光电转换系统和单片机控制系统，对信号进行分析，建立恰当的计算模型，其中光纤传感系统采用双路模式，不但有利于比较，更主要的是我们在进行计算的时候可以把试验中的噪声信号消除掉，从而提高测量结果的准确度。从光纤传感器输出的光信号通过光电转换电路和放大电路传输到单片机计算系统，通过理论计算，最后通过LCD将最终测量结果显示出来。本研究对所设计电路进行了仿真和实验，通过对实验结果和理论结果的比较，进而验证了所设计系统的正确性。