專利名稱：一種基于光纖的折射率傳感器及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖的折射率傳感器及測量方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)液體折射率的變化，可獲知液體濃度或成分的變化，所以測量液體的折射率就成為探知液體的一種重要手段。光纖折射率傳感器是一種以光纖為媒介測量液體折射率的傳感器，具有體積小、重量輕、抗電磁干擾、電絕緣性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的大多數(shù)基于光纖的折射率傳感器利用導(dǎo)模耦合的原理來測量液體折射率， 這就使得此種折射率傳感器僅適用于測量折射率低于傳感光纖的折射率的液體，而無法測量高濃度蔗糖溶液、甘油、光纖匹配液等自身折射率高于傳感光纖折射率的液體。雖然部分基于光纖光柵的傳感器能夠用于測量高折射率液體，但是這種傳感器必須使用特種光敏光纖，且光刻工藝復(fù)雜，因而增加了測試高折射率液體的成本。所以，目前還沒有一種工藝簡單且成本低的傳感器和方法能夠用于測量高折射率液體的折射率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于光纖的折射率傳感器及測量方法，以解決目前測量折射率高于光纖的液體的折射率成本高的問題。一種基于光纖的折射率傳感器，用于測量折射率高于所述光纖折射率的液體的折射率，包括接收測試光的第一單模光纖；與所述第一單模光纖連接的，接收所述第一單模光纖輸出的測試光的，去除涂敷層和包層且具有特定長度的多模光纖，所述特定長度為當(dāng)所述測試光向所述多模光纖耦合時(shí)，使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；與所述多模光纖連接的，接收所述多模光纖輸出的測試光，并將其輸出的第二單模光纖。優(yōu)選地，所述第一單模光纖與所述多模光纖為無偏心連接，所述多模光纖與所述第二單模光纖為無偏心連接。優(yōu)選地，所述多模光纖包括多模通信光纖。優(yōu)選地，所述第一單模光纖和第二單模光纖分別包括單模通信光纖。優(yōu)選地，所述第一單模光纖和第二單模光纖的參數(shù)相同。優(yōu)選地，所述第一單模光纖和第二單模光纖的參數(shù)不同。一種基于光纖的折射率測量方法，用于上述傳感器，包括測量由第一單模光纖進(jìn)入的，經(jīng)浸入所述液體中的特定長度的多模光纖傳播且從第二單模光纖輸出的測試光的功率損耗，所述特定長度為當(dāng)所述測試光向所述多模光纖耦合時(shí)，使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；參考預(yù)設(shè)的功率損耗與折射率間的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)所述測試光的功率損耗，確定所述液體的折射率。優(yōu)選地，所述測試光包括與所述單模光纖和所述多模光纖波長參數(shù)匹配的激光。本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光纖的測量高折射率液體的折射率傳感器及方法，摒棄了傳統(tǒng)的基于導(dǎo)模耦合的測量原理，使用基于漏模模間干涉的方法。將多模光纖的長度設(shè)定為能夠使測試光在其中激起的漏模發(fā)生相干相加的長度，通過測量依次經(jīng)由第一單模光纖、多模光纖、第二單模光纖傳播的測試光的功率損耗，確定待測液體的折射率，從而打破了普通光纖不能測量高折射率液體的折射率的限制，并且，本發(fā)明實(shí)施例所公開的傳感器， 僅需要使用普通光纖進(jìn)行簡單的連接就可實(shí)現(xiàn)對折射率的準(zhǔn)確測量，因此降低了測量高折射率液體的成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種基于光纖的折射率傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種基于光纖的折射率測試方法中測試光輸出功率損耗隨被測液體的折射率變化的曲線圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種基于光纖的折射率測試方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種基于光纖的折射率傳感器，所述傳感器采用普通光纖通過簡單的預(yù)處理與簡單連接即可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)與所述傳感器對應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種基于光纖的折射率測試方法，用于所述傳感器，當(dāng)液體的折射率高于所述光纖的折射率時(shí)，適用所述傳感器及方法測量其折射率。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種基于光纖的折射率傳感器，用于測量折射率高于所述光纖折射率的液體的折射率，如圖1所示，包括接收測試光的第一單模光纖101 ；與所述第一單模光纖連接的，接收所述第一單模光纖輸出的測試光的，預(yù)先去除包層與涂敷層的，且具有特定長度的多模光纖102，所述特定長度為當(dāng)所述測試光向所述多模光纖耦合時(shí)，使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；與所述多模光纖連接的，接收所述多模光纖輸出的測試光，并將其輸出的第二單模光纖103。其中，所述多模光纖可以使用纖芯直徑為105μπι，纖芯折射率為1.45的多模光纖，剝掉其涂敷層并使用氫氟酸去除其包層。這里的纖芯直徑和折射率為優(yōu)選設(shè)定，但并不限于所述固定值。所述第一單模光纖與所述多模光纖為無偏心連接，所述多模光纖與所述第二單模光纖為無偏心連接。上述的連接方式可以為熔接或者能將三段光纖連接的其他方式。所述折射率傳感器的功能實(shí)現(xiàn)原理如下第一單模光纖和第二單模光纖為普通單模光纖，兩者都支持最低階導(dǎo)模；測量時(shí)浸入被測高折射率液體中的多模光纖與所述液體組成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，此波導(dǎo)結(jié)構(gòu)支持離散的漏模。將第一單模光纖的電場設(shè)為云, ，將多模光纖的漏模電場定義為云 ，傳播常數(shù)定義為旦-竹^^其中?。?！為模式階數(shù)，實(shí)部β _ 代表該階漏模沿光纖軸向的相位特性，虛部CIm則代表其沿光纖軸向的損耗特性。當(dāng)?shù)谝粏文９饫w與多模光纖無偏心對接后，由第一單模光纖進(jìn)入且經(jīng)其傳輸后的測試光向多模光纖耦合，激勵(lì)起若干漏模，且不同階漏模耦合的能量由激勵(lì)系數(shù)nm決定， 為

權(quán)利要求
1.一種基于光纖的折射率傳感器，用于測量折射率高于所述光纖折射率的液體的折射率，其特征在于，包括接收測試光的第一單模光纖；與所述第一單模光纖連接的，接收所述第一單模光纖輸出的測試光的，去除涂敷層和包層且具有特定長度的多模光纖，所述特定長度為當(dāng)所述測試光向所述多模光纖耦合時(shí)， 使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；與所述多模光纖連接的，接收所述多模光纖輸出的測試光，并將其輸出的第二單模光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述第一單模光纖與所述多模光纖為無偏心連接，所述多模光纖與所述第二單模光纖為無偏心連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述多模光纖包括 多模通信光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述第一單模光纖和第二單模光纖分別包括單模通信光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述第一單模光纖和第二單模光纖的參數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述第一單模光纖和第二單模光纖的參數(shù)不同。
7.一種基于光纖的折射率測量方法，其特征在于，用于權(quán)利要求1所述的傳感器，包括測量由第一單模光纖進(jìn)入的，經(jīng)浸入所述液體中的特定長度的多模光纖傳播且從第二單模光纖輸出的測試光的功率損耗，所述特定長度為當(dāng)所述測試光向所述多模光纖耦合時(shí)，使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；參考預(yù)設(shè)的功率損耗與折射率間的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)所述測試光的功率損耗，確定所述液體的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述測試光包括 與所述單模光纖和所述多模光纖波長參數(shù)匹配的激光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖的折射率傳感器及用于所述傳感器的折射率測量方法，所述傳感器包括接收測試光的第一單模光纖、與第一單模光纖連接的，接收第一單模光纖輸出的測試光的，去除涂敷層和包層且具有特定長度的多模光纖，所述特定長度為當(dāng)測試光向多模光纖耦合時(shí)，使得若干被激起的漏模在所述多模光纖輸出端面處相干相加的長度；與多模光纖連接的，接收多模光纖輸出的測試光，并將其輸出的第二單模光纖；所述方法基于以上結(jié)構(gòu)，測量由第一單模光纖進(jìn)入的，經(jīng)浸入液體中的多模光纖傳播且從第二單模光纖輸出的測試光的功率損耗，參考預(yù)設(shè)的功率損耗與折射率間的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)測得的功率損耗，確定液體的折射率，降低了測量高折射率液體的成本。
文檔編號G01N21/41GK102507497SQ20111033229
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者楊利, 薛林林, 錢景仁 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)