採用光纖傳導的液體色測量裝置的製作方法
2023-12-09 14:08:21 1
專利名稱：採用光纖傳導的液體色測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是光電測試儀器中的液體色測試裝置，尤其是一種用光纖傳導的液體測量裝置。
二背景技術：
在顏色測量領域，液體顏色的測量是其中重要的一個方面，並具有重要的實際應用價值，例如，許多液體產品諸如葡萄酒、果汁、清潔劑、醋等，直接通過顏色外觀檢查就可以判斷其內在質量的優劣；在環保監測中，地面水質或廢液色度的監測是重要的基本參數，也是水質評價和環境評價的依據。現在使用的測試方法，不能在現場做出水質色度的客觀評價。
三
發明內容
(1)發明目的本實用新型的發明目的是提供一種特別適合做現場快速水質監測，也適用於清潔劑、醋、葡萄酒、果汁等液體的顏色測量的採用光纖傳導的液體色測量裝置。
(2)技術方案本實用新型由探測器部分和信號轉換部分所組成，探測器部分包括照明窗、接收窗、支架、外殼測量用光纖、漫射室、監測用光纖、照明用光纖、光源，信號轉換部分包括連接環、濾色片、光電轉換器、光電池，測量用光纖和照明用光纖的前端分別位於支架中，測量用光纖的前端面為接收窗，照明用光纖的前端面為照明窗，接收窗與照明窗面對面的放置在同一條直線上，測量用光纖的後端面位於連接環中，照明用光纖的後端面位於漫射室中，監測用光纖、光源均位於漫射室中；在信號轉換部分中，濾色片位於光電池與測量用光纖和監測用光纖的後端面之間，光電轉換電路位於測量裝置的最後端，在光源與照明用光纖之間設有一遮光板，在信號轉換部分中，光電池有三隻，成「品」字排列組成光電探測器，紅、綠、蘭三種顏色的濾色片分別對應位於三個光電池的前端，測量用光纖的後端面距光電探測器的距離為2-4釐米。
(3)技術效果本實用新型由於採用光纖傳導，其結構簡單，靈巧，重量輕，特別適合做現場快速水質監測，也適合用於清潔劑、醋、葡萄酒果汁等液體的顏色測量。
四
圖1是本實用新型的總體結構示意圖。其中包括照明窗 1、接收窗 2、支架3、測量用光纖 4、漫射室 5、監測用光纖 6、照明用光纖 7、遮光板 8、光源 9、連接環 10、濾色片 11、光電轉換器 12、光電池13。
圖2是本實用新型光電探測器中三組濾色片的位置布局示意圖。
圖3是本實用新型光電轉換器12的電路原理圖。
五具體實施方式
本實用新型由探測器部分和信號轉換部分所組成，探測器部分包括照明窗1、接收窗2、支架3、外殼31測量用光纖4、漫射室5、監測用光纖6、照明用光纖7、光源9，信號轉換部分包括連接環10、濾色片11、光電轉換器12、光電池13，測量用光纖4和照明用光纖7的前端分別位於支架3中，測量用光纖4的前端面為接收窗2，照明用光纖7的前端面為照明窗1，接收窗2與照明窗1面對面的放置在同一條直線上，測量用光纖4的後端面位於連接環10中，照明用光纖7的後端面位於漫射室5中，監測用光纖6、光源9均位於漫射室5中；在信號轉換部分中，濾色片11位於光電池13與測量用光纖4和監測用光纖6的後端面之間，光電轉換電路12位於測量裝置的最後端。
測試探頭結構。採用光導纖維傳感技術，探頭可直接插入液體中進行測定，光輻射經光纖傳導、經液體透射，帶回有關液體的顏色信息。測試探頭結構，它實現照明、傳導、接收等任務，由漫射室5、光源9、遮光板8、監測用光纖6、照明用光纖7、測量用光纖4以及光纖支架3、外殼31組成。其中光源9採用脈衝氙燈。
採用雙光路結構，其一為測量光路，脈衝氙燈發光後，光線首先在漫射室中進行混光，使進入照明用光纖的光線為均勻光，經光纖傳導後到達照明窗1，經有色液體射出的透射光已經帶有被測液體的顏色信息，後到達接收窗2，再經測量用光纖傳導至光電探測器。另一光路為監測光路，用於對脈衝氙燈的發光強度進行監測。圖中照明、測量、監測用光纖均為7mm多芯光纖，圖1中右端的漫射室為7cm的鋁質園筒結構，用手握住，把探頭可直接插入待測液體中。
光電探測器。光電探測器由矽光電池13和復蓋其上方的濾色片11組成，光電轉換器12是用於光電轉換的I/V電路板，它們都放置在與漫射室相同直徑的鋁質園筒形連接環10中，並用羅紋與漫射室相連。在測量光纖、監測光纖與光電探測器耦合時必須使出射光線垂直照射光電探測器，以免因角度傾斜，造成三個探測器所接受光照不均勻，從而影響探測器的輸出電壓，產生測量誤差。光電探測器中的光電池成品字型排列在直徑約2.2釐米的基座上，為保證光照均勻，經計算得到測量光纖端面至光電探測器端面的距離為2-4釐米，兩端面底端夾角a＝10。
光電探測器的光譜響應匹配成所要求的CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值曲線。選用光電積分法進行測量，在整個可見光譜區間內，對被測量的光譜功率進行積分，得到測量目標的顏色三刺激值X、Y、Z，光電探測器設計應符合盧瑟條件。盧瑟條件指出，光電探測器的總光譜響應(表示為光譜靈敏度)應與標準觀察者在標準照明體照明下觀察到物體的顏色相一致，並表示為以下等式KXSD(λ)τX(λ)γ(λ)＝SC(λ)x(λ)KYSD(λ)τY(λ)γ(λ)＝Sc(λ)y(λ) (1)KZSD(λ)τz(λ)γ(λ)＝SC(λ)z(λ)在上式中，SD(λ)和SC(λ)分別為CIE標準光源D和C的相對光譜功率分布，其中標準光源D由本儀器中的脈衝氙燈模擬；γ(λ)為光電接收器(矽光電池)的光譜靈敏度；τX(λ)、τY(λ)、τZ(λ)光電探測器的三組濾色片的光譜透射率；x(λ)、y(λ)、z(λ)為CIE標準色度觀察者光譜三刺激值；KX、KY、KZ為三個與波長無關的常數。儀器測色的精度主要取決於光電探測器符合盧瑟條件的程度，在以上(1)式中除τX(λ)、τY(λ)、τZ(λ)外均為已知或可以直接測得，我們的目的是設計出三組濾色片，使得其光譜透射率儘可能符合盧瑟條件，符合得愈好儀器就愈準確。濾色片組由若干片有色玻璃設計成串聯型式，濾色片組的設計歸結為有色玻璃種類的選取與厚度的確定。若一濾色片組由n片有色光學玻璃組成，其中第i片有色玻璃的固有光譜透射率為τi，其厚度用δi表示，則該組濾色片總的相對光譜透射率τ′由下式給出=1122nn------(2)]]>此式中的τi＝τi/0.92，tλ為固有光譜透射率，為通常測得的光譜透射率。我們的目的是要求出一組δ，使該組濾色片的光譜透過率τ′與理想的光譜透射率τ儘可能近似，運用最小二乘法，以它們在各波長上的偏差的平方和最小為判據，即∫(τ′-ατ)2dλ＝M (3)通過軟體編程，可以將各種可能的玻璃組合逐一計算，從計算出的結果中選出最好的。對算得的濾色片組合，除了要求其M小以外，還要求其光譜透射率Tλ的最大值Tmax一般要大於10％以上。計算出各濾色片組的厚度如下X濾色片組由HB3、QB21、CB3三種玻璃濾色片組成，其厚度分別是5.4mm、2.43mm和3.73mm；Y濾色片組由LB9、LB16、QB21三種玻璃濾色片組成，其厚度分別是1.55mm、2.11mm和1.4mm；Z濾色片組由SSB40、QB5、JB4三種玻璃濾色片組成，其厚度分別是1.3mm、4.24mm和4.62mm。按上述方法計算設計的濾色片組，其相對光譜靈敏度的測量結果與CIE1931標準色度觀察者光譜三刺激值曲線符合得較好。
I/V變換電路。I/V變換電路把光電探測器得到的光電流轉換為電壓量，把矽光電池反向偏置接入電路，可以近似看成理想電流源。為了輸出獲得更大增益設計了由Rf、R1、R2組成的T型反饋電路，在使用的I/V變換電路中，其輸出電壓Vout與輸入光電流Is之間的關係為Vout＝-Is×Rf(1+R1/R2)。兩端並聯一積分電容，以濾除信號高頻幹擾成份，穩定輸出電壓。
權利要求1.一種採用光纖傳導的液體色測量裝置，由探測器部分和信號轉換部分所組成，其特徵在於探測器部分包括照明窗(1)、接收窗(2)、支架(3)、外殼(31)測量用光纖(4)、漫射室(5)、監測用光纖(6)、照明用光纖(7)、光源(9)，信號轉換部分包括連接環(10)、濾色片(11)、光電轉換器(12)、光電池(13)，測量用光纖(4)和照明用光纖(7)的前端分別位於支架(3)中，測量用光纖(4)的前端面為接收窗(2)，照明用光纖(7)的前端面為照明窗(1)，接收窗(2)與照明窗(1)面對面的放置在同一條直線上，測量用光纖(4)的後端面位於連接環(10)中，照明用光纖(7)的後端面位於漫射室(5)中，監測用光纖(6)、光源(9)均位於漫射室(5)中；在信號轉換部分中，濾色片(11)位於光電池(13)與測量用光纖(4)和監測用光纖(6)的後端面之間，光電轉換電路(12)位於測量裝置的最後端。
2.根據權利要求1所述的一種採用光纖傳導的液體色測量裝置，其特徵在於在光源(9)與照明用光纖(7)之間設有一遮光板(8)。
3.根據權利要求1所述的一種採用光纖傳導的液體色測量裝置，其特徵在於在信號轉換部分中，光電池有三隻，成「品」字排列組成光電探測器，紅、綠、蘭三種顏色的濾色片分別對應位於三個光電池的前端，測量用光纖(4)的後端面距光電探測器的距離為2-4釐米。
專利摘要採用光纖傳導的液本色測量裝置是一種適合於做現場快速水質監測以及清潔劑、醋、葡萄酒、果汁等液體顏色測量，該裝置由探測器部分和信號轉換部分所組成，探測器部分包括照明窗、接收窗、支架、外殼測量用光纖、漫射室、監測用光纖、照明用光纖、光源，信號轉換部分包括連接環、濾色片、光電轉換器、光電池，測量用光纖和照明用光纖的前端分別位於支架中，測量用光纖的前端面為接收窗，照明用光纖的前端面為照明窗，接收窗與照明窗面對面的放置在同一條直線上，測量用光纖的後端面位於連接環中，照明用光纖的後端面位於漫射室中，監測用光纖、光源均位於漫射室中；在信號轉換部分中，濾色片位於光電池與測量用光纖和監測用光纖的後端面之間，光電轉換電路位於測量裝置的最後端。
文檔編號G01N21/27GK2532482SQ02220059
公開日2003年1月22日 申請日期2002年4月19日 優先權日2002年4月19日
發明者陳家勝 申請人:南京師範大學