棱镜型光纤液体折射率传感器的研制

【摘要】浓度是表征介质液体特性的一个重要参数。在基础研究、化工领域、医学诊断、食品制造，环境保护等各大领域内都需要对液体的浓度进行精准的测量，有关浓度的测量方法目前已经有许多种，应用较多的是光电法，超声光栅法，比重法等。本文基于溶液浓度和折射率的关系，提出了一种用折射率调制的光纤液体传感器来测量浓度的方法。现如今，利用折射率来测量溶液的浓度已成为一种趋势，由于它不易改变被测物质本身的性质，比化学的方法应用更广泛。首先，本设计介绍了测量液体浓度的历史发展背景，国内外研究现状，分析了几种检测液体浓度的方法，确定了本次设计所用的折射率分析法。其次，由物理光学基础知识推导出浓度折射率关系，再分析我们提出的压差比和折射率的关系。在入射角小于临界角的情况下，此时对被测溶液的浓度没有太大要求，方便实验，并且仿真得出关系曲线。入射角在临界角附近时，系统的灵敏度比较高。最后，搭建光纤传感系统，仿真单片机信号处理电路并且制作PCB板，做出相应的实物电路系统。其中光纤传感系统采用双光路的形式，光经过光开关后，一路直接进入光电转换探测器，另外一路通过液体折射后再进入一型号完全一致的光电探测器。双光路系统能有效的减小系统的噪音信号，所以采用压差比的算法，这也是本设计的新颖之处；两路光脉冲信号通过单片机处理电路，在LCD分别上显示出高低电平之差，再通过计算得出压差比，由液体浓度和折射率以及压差比的关系，从而求得被测液体的浓度。最后，将本设计得出的实验数据与仪器测得的数据进行误差分析，证实了本设计的合理可行性。
【作者】彭琪；
【导师】张志伟；高玉文；
【作者基本信息】中北大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】光纤传感器；光电转换；双路消噪；信号处理；

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