专利名称：差分式光纤液体密度测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及的是一种液体密度测量装置，本发明也涉及一种液体密度测量方法。
背景技术：
在石油、化工、冶金、食品、医药等工业领域均需要对液体密度进行测量。液体密度 的测量，按原理可以分为光学式、电容传感式、半导体式、生物式等。其中光学式测量方法 具有许多其他方式无法比拟的优点，如灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等，但其通常 不具有在线测量功能，也无法实现数字化。传统的液体密度光学测量方法中，如阿贝折射仪 测量范围相对较小，且不能实现在线与自动测量；而用旋光仪测浓度，只适用于旋光性的液 体，也无法实现在线与自动测量，由于要靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同，容易产生 较大的误差。

发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、实时性好、抗电磁干扰能力强、便于补偿、 可靠性高、体积小，测量便捷的差分式光纤液体密度测量装置。本发明的目的还在于提供一 种利用差分式光纤液体密度测量装置的测量方法。本发明的目的是这样实现的本发明的差分式光纤液体密度测量装置包括电路单元、LED点光源、一根发射光 纤、两根接收光纤及光电二极管探测器组成的光纤端光场光强探测单元；LED点光源位于 发射光纤正上方，LED点光源发出的调制光耦合到发射光纤，发射光纤半浸于待测液体中， 下端分别连接有光电二极管探测器的两根接收光纤平行放置于发射光纤下方，其一根接收 光纤与发射光纤同轴布放，两个光电二极管探测器的输出信号送给电路单元。所述电路单元包括LED点光源驱动电路、谐波调制电路、数据采集与解调电路和 控制与数据处理单元。还可以包括液体温度测量探头，液体温度测量探头与电路单元相连接。利用差分式光纤液体密度测量装置的测量方法为采用包括电路单元、LED点光 源、一根发射光纤、两根接收光纤及光电二极管探测器组成的光纤端光场光强探测单元的 差分式光纤液体密度测量装置，电路单元包括LED点光源驱动电路、谐波调制电路、数据采 集与解调电路和控制与数据处理单元；LED点光源位于发射光纤正上方，发射光纤半浸于 待测液体中，下端分别连接有光电二极管探测器的两根接收光纤组成光纤端光场光强探测 单元平行放置于发射光纤下方，其一根接收光纤与发射光纤同轴布放，两个光电二极管探 测器的输出信号送给电路单元；LED点光源驱动电路驱动LED点光源，LED点光源与发射光 纤耦合，使发射光纤端光场强度按调制模式变化，发射光纤端光场的发散角及光强分布与 液体密度相关；接收光纤的出射光经过光纤端光场光强探测单元送给电路单元，经过光电 转换、放大、解调处理后，得到两个不受驱动电流直流微小漂移影响的信号，对这两个信号 做差分处理，并测量当前液体温度，即得出当前温度下的液体密度信息。
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LED的驱动电流经谐波调制后送入LED光源，所发出的光耦合到一端浸入被测液 体的发射光纤，该光纤端光场的发散角与液体折射率相关，而液体折射率与液体密度相对 应，所以光强分布将与液体密度相关，发散角由光的折射定率确定，在发射光纤端光场径向 光强分布接近高斯分布，两根平行的接收光纤与发射光纤相对置于发光纤端光场中，且其 中一根光纤与发射光纤同轴布放，则两接收光纤可接受到发射光纤调制端光场的光强信 号，再经光电转换器和信号解调后，可从这两个光强信号中提取液体在当前温度下的密度 fn息ο本发明的差分式光纤液体密度测量装置及测量方法，是一种液体密度在线式测量 方案。该方案利用差分式测量结构及光场谐波调制技术，及光纤端光场光强分布与液体密 度的关系实现对液体密度的测量。采取差分式测量方法可有效地消除光源波动和光纤轴向 微小位移的影响。后续信号处理部分的软件部分经过适当的改动可实现液体折射率的测 量。本发明具有灵敏度高、实时性好、抗电磁干扰能力强、便于补偿、可靠性高、体积小，测量 便捷等特点。


图1是本发明的差分式光纤液体密度测量装置的结构示意图；图2是本发明发射光纤端光场径向光强示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1，差分式光纤液体密度测量装置包括红光LED点光源4及电路单元3 (包 括LED点光源驱动电路、谐波调制电路、数据采集与解调电路、控制与数据处理单元等)、 发射光纤5、主接收光纤6、辅接收光纤7、光电二极管探测器8、光电二极管探测器9、发射 光纤端光场10、液体温度探头11。在测量液体密度时，发射光纤5半浸于液体中，LED点光 源4位于发射光纤5正前方，调制了谐波信号的电流驱动红光LED点光源4，使LED点光源 的光场强度按调制模式变化，LED点光源发出的调制光耦合到发射光纤5，于是该光纤端光 场的发散角及光强分布将与液体密度相关。两根接收光纤6和7平行放置于发射光纤5前 方，且其中接收光纤6与发射光纤5同轴布放，光电转换器8、9的输出信号送给电路单元3， 经放大、模数转换和解调后，其差值即携带了液体密度信息，经后续信号处理和标定后，可 得到液体密度值，另外，通过调节6和7之间的位置关系，可获得最大的测量动态范围。后 续信号处理部分的软件部分经过适当的改动可实现液体折射率的测量。在图1中，1为待测 液体容器，2为待测液体。
权利要求
一种差分式光纤液体密度测量装置，包括单元、LED点光源、一根发射光纤、两根接收光纤及光电二极管探测器组成的光纤端光场光强探测单元；其特征是源位于发射光纤正上方，LED点光源发出的调制光耦合到发射光纤，发射光纤半浸于待测液体中，下端分别连接有光电二极管探测器的两根接收光纤平行放置于发射光纤下方，其一根接收光纤与发射光纤同轴布放，两个光电二极管探测器的输出信号送给电路单元。
2.根据权利要求1所述的差分式光纤液体密度测量装置，其特征是所述电路单元包 括LED点光源驱动电路、谐波调制电路、数据采集与解调电路和控制与数据处理单元。
3.根据权利要求1或2所述的差分式光纤液体密度测量装置，其特征是还包括液体 温度测量探头，液体温度测量探头与电路单元相连接。
4.一种利用差分式光纤液体密度测量装置的测量方法，其特征是采用包括电路单 元、LED点光源、一根发射光纤、两根接收光纤及光电二极管探测器组成的光纤端光场光强 探测单元的差分式光纤液体密度测量装置，电路单元包括LED点光源驱动电路、谐波调制 电路、数据采集与解调电路和控制与数据处理单元；LED点光源位于发射光纤正上方，发射 光纤半浸于待测液体中，下端分别连接有光电二极管探测器的两根接收光纤组成光纤端光 场光强探测单元平行放置于发射光纤下方，其一根接收光纤与发射光纤同轴布放，两个光 电二极管探测器的输出信号送给电路单元；LED点光源驱动电路驱动LED点光源，LED点 光源与发射光纤耦合，使发射光纤端光场强度按调制模式变化，发射光纤端光场的发散角 及光强分布与液体密度相关；接收光纤的出射光经过光纤端光场光强探测单元送给电路单 元，经过光电转换、放大、解调处理后，得到两个不受驱动电流直流微小漂移影响的信号，对 这两个信号做差分处理，并测量当前液体温度，即得出当前温度下的液体密度信息。
全文摘要
本发明提供的是一种差分式光纤液体密度测量装置及测量方法。包括单元、LED点光源、一根发射光纤、两根接收光纤及光电二极管探测器组成的光纤端光场光强探测单元；源位于发射光纤正上方，LED点光源发出的调制光耦合到发射光纤，发射光纤半浸于待测液体中，下端分别连接有光电二极管探测器的两根接收光纤平行放置于发射光纤下方，其一根接收光纤与发射光纤同轴布放，两个光电二极管探测器的输出信号送给电路单元。本发明是一种液体密度在线式测量方案。具有灵敏度高、实时性好、抗电磁干扰能力强、便于补偿、可靠性高、体积小，测量便捷等特点。
文档编号G01N9/00GK101975722SQ20101029774
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者刘羽, 刘艳秋, 孙秋华, 张晓敏, 温强, 赵言诚, 黄宗军 申请人:哈尔滨工程大学