专利名称：基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种折射率传感器，尤其涉及一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器。
背景技术：
折射率在物理、生物、化学等学科领域是一个很重要的参数，对其精确测量在化工、医药、食品等相关工业部门有重要意义和用途。因此，许多的测量折射率的方法应运而生。传统的测量方法有掠入射法、衍射光栅法、激光照射法和CCD测量法，还有宽带吸收光谱法、滴定法和荧光淬火等测量方法，但是大多数这些方法都只局限于可见光范围。随后， 光声、sra传感器和拉曼光谱等一些新技术相继出现，但是这些方法价格昂贵并且不易操作。基于长周期光纤光栅的折射率计具有较高的灵敏度，但是由于长周期光纤光栅受自身的弯曲影响大，可靠性受到大大影响。基于法布里-珀罗腔的折射率计，虽然具有体积小的优点，但是制造复杂且价格昂贵，易受光源稳定性的影响。基于光纤布拉格光栅的折射率传感方法，一般要去除光纤包层，以增大光纤倏逝波(evanescent field)与待测折射率物质的相互作用，引起光纤光栅布拉格波长移动来实现折射率的测量，这种方法的缺点是由于光纤的包层被去除，可承受的强度减弱，稳定性降低，应用范围受限，同时成本上升。

实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，具体技术方案如下。一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，包括宽带光源、光纤耦合器、测量传感头、参考传感头、光谱仪和计算机；所述光纤耦合器的第一输入端口与宽带光源通过光纤连接，第一输出端口与测量传感头通过光纤连接，第二输出端口与参考传感头通过光纤连接，第二输入端口与光谱仪输入端通过光纤连接；参考传感头与测量传感头反射的光在经过光纤耦合器时发生干涉，然后传输到光谱仪。上述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器中，还包括用于接收光谱仪的输出数据并计算折射率的计算机，光谱仪输出端与所述计算机通信连接。上述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，测量传感头和参考传感头均为端面与光纤轴线垂直的未去除包层的普通单模光纤。上述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器中，光纤耦合器的分光比为 50% 50%。上述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器中，所述的宽带光源为C波段 (1520nm-1570nm)的光纤宽带光源，所述传输光纤均为普通单模光纤。上述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器中，计算机根据干涉条纹的对比度随待测物质折射率变化而变化的规律，计算出待测物质折射率。本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点[0011](1)本实用新型的传感器可以很好地消除光源的不稳定性以及传感系统内部光路分支中不同损耗引起的测量误差、降低了外界环境变化对测量带来的影响，提高了测量精度。(2)本实用新型的传感器具有溶液浓度越低，分辨率越高的优点。(3)本实用新型的传感器结构简单，成本低，不需要对光纤做去除包层等特殊处理，操作方便。(4)本实用新型的传感器除了用于一般性液体检测外，还可用于微量、危险液体检测。此外，本实用新型也可以用于对折射率发生变化的工业生产过程进行实时监控。本传感器可实现高精度、大范围的折射率测量，结构简单、操作方便。

图1基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器结构示意图。图加和图2b分别是测量传感头和参考传感头与物质交界面处的示意图。图3当糖溶液浓度分别为1%，10%和30%时，模拟的传感系统反射谱。图4对于不同折射率的溶液，模拟的干涉条纹对比度。图fe为当糖溶液浓度分别为25. 93%和48. 72%时实验测得的传感系统反射谱； 图恥为当糖溶液浓度从4. 76%增大到48. 72%过程中，干涉条纹对比度随着折射率变化的实验和模拟结果。图6a表示当糖溶液浓度分别为25. 93%和41. 18%时，干涉条纹对比度随时间的变化。图6b表示当糖溶液浓度分别为25. 93%和41. 18%时，在1550nm附近干涉条纹峰值波长随时间的变化。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施作进一步详细的说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此，对本实用新型作实质相同的等同替换均属于本实用新型的保护范围。参见图1，基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器包括宽带光源1、光纤耦合器 2、测量传感头3、参考传感头4、光谱仪5和计算机6。其中，宽带光源1连接到光纤耦合器 2的第一输入端口，光纤耦合器2的第一输出端口连接测量传感头3，第二输出端口连接参考传感头4，由测量传感头3和参考传感头4反射的光在经过耦合器时发生干涉并通过耦合器2的第二输入端口进入光谱仪5，计算机6和光谱仪5通信连接，进行数据处理。具体测量是由光谱仪测量出测量传感头和参考传感头分别插入被测物质和参考物质时的干涉光谱，将其相应数据输入到计算机，通过计算获得干涉条纹的对比度，根据公式(6)获得被测溶液的折射率。图加和图2b图加和图2b分别是测量传感头和参考传感头与物质交界面处的示意图。测量传感头和参考传感头均由端面与光纤轴线垂直的普通单模光纤组成，3、4分别是图1中所示的测量传感头和参考传感头，7、9分别表示测量传感头和参考传感头与物质的交界面，8、10分别表示待测物质和参考物质。在实用新型中，所述的宽带光源1为C波段(1520nm 1570nm)宽带光源。光纤耦合器2的分光比为50% 50%。传输光纤为单模光纤。进行测量吋，參考传感头插入參考物质中(如待测溶液的溶剤)中，测量传感头插 入待测物质(如溶液)中。干渉条纹对比度随测量传感头所处的待测物质折射率变化而变 化的原理如下根据菲涅尔反射定律，忽略传输损耗，则测量传感头和參考传感头的反射光强分 别为
权利要求1.基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于包括宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、测量传感头(3)、参考传感头(4)、光谱仪(5)和计算机(6);所述光纤耦合器(2)的第一输入端口与宽带光源(1)通过光纤连接，第一输出端口与测量传感头(3)通过光纤连接，第二输出端口与参考传感头(4)通过光纤连接，第二输入端口与光谱仪(5)输入端通过光纤连接；参考传感头与测量传感头反射的光在经过光纤耦合器时发生干涉后传至光谱仪 (5)。
2.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于光谱仪(5)的输出端与用于接收光谱仪的输出数据并计算折射率的所述计算机(6)通信连接。
3.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于所述的测量传感头(3)和参考传感头(4)均为端面与轴线相垂直的未去除包层的普通光纤尾纤。
4.如权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于光纤耦合器的分光比为50% 50%。
5.如权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于所述的宽带光源为C波段的宽带光源。
6.如权利要求1 5任一项所述的基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，其特征在于所使用的光纤均为普通单模光纤。
专利摘要本实用新型公开基于迈克尔逊干涉仪的光纤折射率传感器，包括宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、测量传感头(3)、参考传感头(4)、光谱仪(5)和计算机(6)，宽带光源(1)连接到光纤耦合器(2)第一输入端口，光纤耦合器第一输出端口通过光纤连接到测量传感头(3)，第二输出端口通过光纤连接到参考传感头(4)，第二输入端口与光谱仪(5)连接。参考传感头与测量传感头反射的光在经过耦合器时发生干涉，然后传输到光谱仪(5)，光谱仪(5)与计算机(6)通信连接。所述的测量传感头(3)和参考传感头(4)均为端面与光纤轴线相垂直的普通光纤尾纤，本传感器可实现高精度、大范围的折射率测量，结构简单、操作方便。
文档编号G01N21/41GK202177573SQ20112029208
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者武晓卫, 沈维, 蒙红云, 黄旭光 申请人:华南师范大学