專利名稱：差分式光纖液體密度測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及的是一種液體密度測量裝置，本發明也涉及一種液體密度測量方法。
背景技術：
在石油、化工、冶金、食品、醫藥等工業領域均需要對液體密度進行測量。液體密度 的測量，按原理可以分為光學式、電容傳感式、半導體式、生物式等。其中光學式測量方法 具有許多其他方式無法比擬的優點，如靈敏度高、響應速度快、抗干擾能力強等，但其通常 不具有在線測量功能，也無法實現數字化。傳統的液體密度光學測量方法中，如阿貝折射儀 測量范圍相對較小，且不能實現在線與自動測量；而用旋光儀測濃度，只適用于旋光性的液 體，也無法實現在線與自動測量，由于要靠人眼來判斷三分視場的亮度是否相同，容易產生 較大的誤差。
發明內容
本發明的目的在于提供一種靈敏度高、實時性好、抗電磁干擾能力強、便于補償、 可靠性高、體積小，測量便捷的差分式光纖液體密度測量裝置。本發明的目的還在于提供一 種利用差分式光纖液體密度測量裝置的測量方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的差分式光纖液體密度測量裝置包括電路單元、LED點光源、一根發射光 纖、兩根接收光纖及光電二極管探測器組成的光纖端光場光強探測單元；LED點光源位于 發射光纖正上方，LED點光源發出的調制光耦合到發射光纖，發射光纖半浸于待測液體中， 下端分別連接有光電二極管探測器的兩根接收光纖平行放置于發射光纖下方，其一根接收 光纖與發射光纖同軸布放，兩個光電二極管探測器的輸出信號送給電路單元。所述電路單元包括LED點光源驅動電路、諧波調制電路、數據采集與解調電路和 控制與數據處理單元。還可以包括液體溫度測量探頭，液體溫度測量探頭與電路單元相連接。利用差分式光纖液體密度測量裝置的測量方法為采用包括電路單元、LED點光 源、一根發射光纖、兩根接收光纖及光電二極管探測器組成的光纖端光場光強探測單元的 差分式光纖液體密度測量裝置，電路單元包括LED點光源驅動電路、諧波調制電路、數據采 集與解調電路和控制與數據處理單元；LED點光源位于發射光纖正上方，發射光纖半浸于 待測液體中，下端分別連接有光電二極管探測器的兩根接收光纖組成光纖端光場光強探測 單元平行放置于發射光纖下方，其一根接收光纖與發射光纖同軸布放，兩個光電二極管探 測器的輸出信號送給電路單元；LED點光源驅動電路驅動LED點光源，LED點光源與發射光 纖耦合，使發射光纖端光場強度按調制模式變化，發射光纖端光場的發散角及光強分布與 液體密度相關；接收光纖的出射光經過光纖端光場光強探測單元送給電路單元，經過光電 轉換、放大、解調處理后，得到兩個不受驅動電流直流微小漂移影響的信號，對這兩個信號 做差分處理，并測量當前液體溫度，即得出當前溫度下的液體密度信息。
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LED的驅動電流經諧波調制后送入LED光源，所發出的光耦合到一端浸入被測液 體的發射光纖，該光纖端光場的發散角與液體折射率相關，而液體折射率與液體密度相對 應，所以光強分布將與液體密度相關，發散角由光的折射定率確定，在發射光纖端光場徑向 光強分布接近高斯分布，兩根平行的接收光纖與發射光纖相對置于發光纖端光場中，且其 中一根光纖與發射光纖同軸布放，則兩接收光纖可接受到發射光纖調制端光場的光強信 號，再經光電轉換器和信號解調后，可從這兩個光強信號中提取液體在當前溫度下的密度 fn息ο本發明的差分式光纖液體密度測量裝置及測量方法，是一種液體密度在線式測量 方案。該方案利用差分式測量結構及光場諧波調制技術，及光纖端光場光強分布與液體密 度的關系實現對液體密度的測量。采取差分式測量方法可有效地消除光源波動和光纖軸向 微小位移的影響。后續信號處理部分的軟件部分經過適當的改動可實現液體折射率的測 量。本發明具有靈敏度高、實時性好、抗電磁干擾能力強、便于補償、可靠性高、體積小，測量 便捷等特點。
圖1是本發明的差分式光纖液體密度測量裝置的結構示意圖；圖2是本發明發射光纖端光場徑向光強示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖1，差分式光纖液體密度測量裝置包括紅光LED點光源4及電路單元3 (包 括LED點光源驅動電路、諧波調制電路、數據采集與解調電路、控制與數據處理單元等)、 發射光纖5、主接收光纖6、輔接收光纖7、光電二極管探測器8、光電二極管探測器9、發射 光纖端光場10、液體溫度探頭11。在測量液體密度時，發射光纖5半浸于液體中，LED點光 源4位于發射光纖5正前方，調制了諧波信號的電流驅動紅光LED點光源4，使LED點光源 的光場強度按調制模式變化，LED點光源發出的調制光耦合到發射光纖5，于是該光纖端光 場的發散角及光強分布將與液體密度相關。兩根接收光纖6和7平行放置于發射光纖5前 方，且其中接收光纖6與發射光纖5同軸布放，光電轉換器8、9的輸出信號送給電路單元3， 經放大、模數轉換和解調后，其差值即攜帶了液體密度信息，經后續信號處理和標定后，可 得到液體密度值，另外，通過調節6和7之間的位置關系，可獲得最大的測量動態范圍。后 續信號處理部分的軟件部分經過適當的改動可實現液體折射率的測量。在圖1中，1為待測 液體容器，2為待測液體。
權利要求
一種差分式光纖液體密度測量裝置，包括單元、LED點光源、一根發射光纖、兩根接收光纖及光電二極管探測器組成的光纖端光場光強探測單元；其特征是源位于發射光纖正上方，LED點光源發出的調制光耦合到發射光纖，發射光纖半浸于待測液體中，下端分別連接有光電二極管探測器的兩根接收光纖平行放置于發射光纖下方，其一根接收光纖與發射光纖同軸布放，兩個光電二極管探測器的輸出信號送給電路單元。
2.根據權利要求1所述的差分式光纖液體密度測量裝置，其特征是所述電路單元包 括LED點光源驅動電路、諧波調制電路、數據采集與解調電路和控制與數據處理單元。
3.根據權利要求1或2所述的差分式光纖液體密度測量裝置，其特征是還包括液體 溫度測量探頭，液體溫度測量探頭與電路單元相連接。
4.一種利用差分式光纖液體密度測量裝置的測量方法，其特征是采用包括電路單 元、LED點光源、一根發射光纖、兩根接收光纖及光電二極管探測器組成的光纖端光場光強 探測單元的差分式光纖液體密度測量裝置，電路單元包括LED點光源驅動電路、諧波調制 電路、數據采集與解調電路和控制與數據處理單元；LED點光源位于發射光纖正上方，發射 光纖半浸于待測液體中，下端分別連接有光電二極管探測器的兩根接收光纖組成光纖端光 場光強探測單元平行放置于發射光纖下方，其一根接收光纖與發射光纖同軸布放，兩個光 電二極管探測器的輸出信號送給電路單元；LED點光源驅動電路驅動LED點光源，LED點 光源與發射光纖耦合，使發射光纖端光場強度按調制模式變化，發射光纖端光場的發散角 及光強分布與液體密度相關；接收光纖的出射光經過光纖端光場光強探測單元送給電路單 元，經過光電轉換、放大、解調處理后，得到兩個不受驅動電流直流微小漂移影響的信號，對 這兩個信號做差分處理，并測量當前液體溫度，即得出當前溫度下的液體密度信息。
全文摘要
本發明提供的是一種差分式光纖液體密度測量裝置及測量方法。包括單元、LED點光源、一根發射光纖、兩根接收光纖及光電二極管探測器組成的光纖端光場光強探測單元；源位于發射光纖正上方，LED點光源發出的調制光耦合到發射光纖，發射光纖半浸于待測液體中，下端分別連接有光電二極管探測器的兩根接收光纖平行放置于發射光纖下方，其一根接收光纖與發射光纖同軸布放，兩個光電二極管探測器的輸出信號送給電路單元。本發明是一種液體密度在線式測量方案。具有靈敏度高、實時性好、抗電磁干擾能力強、便于補償、可靠性高、體積小，測量便捷等特點。
文檔編號G01N9/00GK101975722SQ20101029774
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者劉羽, 劉艷秋, 孫秋華, 張曉敏, 溫強, 趙言誠, 黃宗軍 申請人:哈爾濱工程大學