一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法，首先容器中不加溶液时，观察、记录存储此时示波器产生的衰荡波形和衰荡时间，经数字信号处理器进行处理，并通过理论计算值进行校正，然后将无芯光纤处于室温环境中不同浓度标准旋光溶液条件下，经示波器观察衰荡信号的变化，并记录、存储对应浓度标准旋光溶液条件下的衰荡时间和衰荡波形，得到衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系，然后侧得同等条件下待测旋光溶液的衰荡时间和衰荡波形，根据衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系实现待测旋光溶液浓度的测量。本发明专利技术技术要求相对简单，应用更加便捷，同时也能满足更高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于旋光溶液浓度测量方法
，具体涉及一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法。
技术介绍
自1988年光衰荡腔技术被O’keefe和Deacon提出以来，它以其高精度、高灵敏度和不受光源波动影响的特性受到了广泛的关注和研究，被越来越广泛地应用于各个领域，如生物工程、环境工程和基础测量等领域。近几年来，有大量文献报道了多种测量溶液浓度与折射率相关的传感器。这些传感器的工作原理基于光纤布拉格光栅、长周期光栅、F-P干涉仪、单模光纤光栅和光敏晶体光纤光栅。这些传感器的测量精度良莠不齐、结构复杂且造价又高，基于单模光纤衰荡腔的传感器结构相对更简单、精度更高且造价也更低廉。
技术实现思路
本专利技术为解决目前旋光溶液浓度测量系统结构复杂、分辨率低且成本较高等问题而提供了一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法，该方法通过分析、研究在光纤衰荡腔结构下无芯光纤在不同浓度旋光溶液环境中输出相应的光衰荡信号来实现旋光溶液浓度的测量。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法，其特征在于：由函数信号发生器、LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器、2km长的光纤线圈、光电探测器和示波器构成利用光衰荡技术测量旋光溶液浓度的测量系统，沿光线传输方向依次设有通过光纤相连的LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器和光电探测器，其中第二光纤耦合器通过2km长的光纤线圈与第一光纤耦合器相连，函数信号发生器通过导线与LD控制器相连，光电探测器通过导线与示波器相连，所述第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、2km长的光纤线圈和第二光纤耦合器组成光纤衰荡腔，980nm泵浦光源经过调制变为980nm激光光源，然后进入光纤衰荡腔，光纤衰荡腔中设有非线性增益的掺铒光纤，光信号经过掺铒光纤后激发出1550nm波长的光信号，该光信号一部分通过第二光纤耦合器输出，另一部分进入光纤衰荡腔继续循环，最后通过示波器观察、记录1550nm波长的光信号在光纤衰荡腔中的衰荡波形和衰荡时间，具体测量过程为：首先容器中不加溶液时，观察、记录存储此时示波器产生的衰荡波形和衰荡时间，经数字信号处理器进行处理，并通过理论计算值进行校正，然后将无芯光纤处于室温环境中不同浓度标准旋光溶液条件下，经示波器观察衰荡信号的变化，并记录、存储对应浓度标准旋光溶液条件下的衰荡时间和衰荡波形，得到衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系，然后侧得同等条件下待测旋光溶液的衰荡时间和衰荡波形，根据衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系实现待测旋光溶液浓度的测量。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、利用无芯光纤作为传感器测量旋光溶液浓度，技术要求相对简单，应用更加便捷，同时也能满足更高的测量精度；2、系统结构简单、体积小巧，尤其是灵敏度高，可以实现对多种旋光溶液浓度的测量；3、测量过程简化，方便迅速，有效克服了传统旋光溶液浓度测量方法中存在的繁琐流程；4、延时是由衰荡腔内光纤环的吸收和色散损耗造成的，与光源强度的波动和探测器的效率无关。附图说明图1是本专利技术的光路原理图。图中：1、函数信号发生器，2、LD控制器，3、980nm泵浦光源，4、第一光纤耦合器(99:1)，5、掺铒光纤，6、置于容器中的无芯光纤，7、第二光纤耦合器(99:1)，8、2km长的光纤线圈，9、光电探测器，10、示波器，11、光纤，12、导线。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。1、利用光衰荡技术测量旋光溶液浓度的测量系统由函数信号发生器1、LD控制器2、980nm泵浦光源3、第一光纤耦合器4、掺铒光纤5、置于溶液中的无芯光纤6、第二光纤耦合器7、2km长的光纤线圈8、光电探测器9和示波器10构成旋光溶液浓度测量系统，沿光线传输方向依次设有通过光纤11相连的LD控制器2、980nm泵浦光源3、第一光纤耦合器4、掺铒光纤5、置于溶液中的无芯光纤6、第二光纤耦合器7和光电探测器9，其中第一光纤耦合器4与第二光纤耦合器7通过2km长的光纤线圈8相连，函数信号发生器1与LD控制器2通过导线12相连、光电探测器9与示波器10通过导线12相连。用光纤专用钳截取一段4cm长的无芯光纤，将无芯光纤用钳子剥去所有的涂覆层，裸露纤芯，再用酒精棉花球反复擦拭管线断面与表面，晾干后两端分别与单模光纤融合，将4cm长的无芯光纤完全置于盛放溶液的容器中。2、溶液浓度的测量第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤和第二光纤耦合器组成一个光纤衰荡腔，980nm泵浦光源经过函数发生器和LD控制器成为脉冲光源，通过第一光纤耦合器进入光纤衰荡腔，光纤衰荡腔中设有非线性增益的掺铒光纤，光信号经过掺铒光纤之后激发出1550nm波长的光信号，一部分通过第二光纤耦合器输出，另一部分进入光纤衰荡腔继续循环，最后通过示波器观察、记录的是1550nm波长的光信号在光纤衰荡腔中的衰荡波形和衰荡时间。在衰荡过程中，980nm光信号每次经过掺铒光纤都会激发出1550nm波长的光信号对衰荡过程中的光信号进行补给，这样可以避免衰荡信号发生的时间过短通过示波器不便观察。首先容器中不加溶液时，观察、记录存储此时示波器产生的衰荡波形和衰荡时间，经数字信号处理器进行处理，并通过理论计算值进行校正，然后将无芯光纤处于室温环境中不同浓度标准旋光溶液条件下，经示波器观察衰荡信号的变化，并记录、存储对应浓度标准旋光溶液条件下的衰荡时间和衰荡波形，得到衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系，然后侧得同等条件下待测旋光溶液的衰荡时间和衰荡波形，根据衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系实现待测旋光溶液浓度的测量。3、数据采集和处理观察示波器显示的光衰荡信号的同时，对输出的衰荡信号经数字信号处理器进行数据采集、存储并处理，利用同一段无芯光纤，同一种溶剂，室温条件下改变容器中溶液浓度的大小得到不同的衰荡信号曲线，记录衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液浓度的对应关系，并依据光信号衰荡时间与溶液折射率的对应关系实现待测旋光溶液浓度的测量。光在光纤中传播靠的是两种折射率不同的介质的反射。一部分光在光密介质中传播，另一部分光在光疏介质中传播，会很快消散，这部分光被称为倏逝波。图1所示是一根光纤的横向几何学截面图，当此光纤为无芯光纤时，n2由外界环境决定。通过解决光纤传输能量分布问题，我们可以得到基本的纤芯模式折射率。V1-bJ1(V1-b)J0(V1-b)=VbK1(Vb)K0(Vb)---(1)]]>式(1)中J是一阶贝塞尔函数方程，K是二阶贝塞尔函数方程的修正，V是在光纤中波长为λ时的传播常数，b是归一化的折射率，根据Bill-Lambert法则，光在透明的溶液中被吸收，吸收率α是和溶液浓度C成比例的：α＝εC(2)消光系数和吸收系数的关系为:α＝2nKω/c＝4πnK/λ(3)其中n为待测溶液的折射率，λ为光纤中的波长，考虑介质吸收的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法，其特征在于：由函数信号发生器、LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器、2km长的光纤线圈、光电探测器和示波器构成利用光衰荡技术测量旋光溶液浓度的测量系统，沿光线传输方向依次设有通过光纤相连的LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器和光电探测器，其中第二光纤耦合器通过2km长的光纤线圈与第一光纤耦合器相连，函数信号发生器通过导线与LD控制器相连，光电探测器通过导线与示波器相连，所述第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、2km长的光纤线圈和第二光纤耦合器组成光纤衰荡腔，980nm泵浦光源经过调制变为980nm激光光源，然后进入光纤衰荡腔，光纤衰荡腔中设有非线性增益的掺铒光纤，光信号经过掺铒光纤后激发出1550nm波长的光信号，该光信号一部分通过第二光纤耦合器输出，另一部分进入光纤衰荡腔继续循环，最后通过示波器观察、记录1550nm波长的光信号在光纤衰荡腔中的衰荡波形和衰荡时间，具体测量过程为：首先容器中不加溶液时，观察、记录存储此时示波器产生的衰荡波形和衰荡时间，经数字信号处理器进行处理，并通过理论计算值进行校正，然后将无芯光纤处于室温环境中不同浓度标准旋光溶液条件下，经示波器观察衰荡信号的变化，并记录、存储对应浓度标准旋光溶液条件下的衰荡时间和衰荡波形，得到衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系，然后侧得同等条件下待测旋光溶液的衰荡时间和衰荡波形，根据衰荡时间与不同浓度标准旋光溶液折射率的对应关系实现待测旋光溶液浓度的测量。...

【技术特征摘要】
1.一种含无芯光纤利用光纤衰荡腔测量旋光溶液浓度的方法，其特征在于：由函数信号发生器、LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器、2km长的光纤线圈、光电探测器和示波器构成利用光衰荡技术测量旋光溶液浓度的测量系统，沿光线传输方向依次设有通过光纤相连的LD控制器、980nm泵浦光源、第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、第二光纤耦合器和光电探测器，其中第二光纤耦合器通过2km长的光纤线圈与第一光纤耦合器相连，函数信号发生器通过导线与LD控制器相连，光电探测器通过导线与示波器相连，所述第一光纤耦合器、掺铒光纤、置于容器中的无芯光纤、2km长的光纤线圈和第二光纤耦合器组成光纤衰荡腔，980nm泵浦光源经过调制变为980nm激光光源，然后进入光纤衰荡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，王旭，常钦，王燕，刘玉芳，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41