專利名稱：一種檢測透明液體斷流的光纖探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種檢測液體斷流的光電檢測裝置，尤其是能非接觸地檢測透明液體斷 流的光纖探頭。
技術(shù)背景目前，公知的液體斷流的檢測方法，通常是使用內(nèi)置放大器的小型光電傳感器或?qū)ι涫?光纖，直接將其浸入液體中或是置于透明容器或透明管道的外面，根據(jù)液體的透光度變化來 識別。對于直徑較大的不透明容器或管道中的液體，也可采用外部安裝超聲波傳感器的方法 檢測其是否斷流。在生物工程和醫(yī)療行業(yè)，如血液處理和細(xì)胞分離的作業(yè)中，大量使用一次性透明軟管輸 送透明液體，輸送過程中需要對軟管中透明液體的中斷或終止迸行在線檢測，以實現(xiàn)清洗分 離作業(yè)的自動控制。中國專利CN93209391.4介紹了一種測量透明容器或透明管道中透明液體 液位的光電傳感器，它由一個光束發(fā)生器和一個光束接受器組成，光束以傾斜的方式射入容 器，利用光在不同介質(zhì)中的不同折射特性，達(dá)到測量液位的目的。我們曾試圖參照該方法直 接使用市售的小型光電傳感器或光纖探頭，采用直接外部安裝的方式進(jìn)行檢測。在對射檢測 時，由于透明軟管的外徑一般較小，穿越軟管內(nèi)被測液體的光路較短，使得被測液體與斷流 的透明軟管的透射對比度較??；而反射檢測時穿越被測液體的透射光被軟管內(nèi)壁二次反射， 使得其與斷流的透明軟管內(nèi)壁的反射光對比度較??；檢測中易受周圍環(huán)境光干擾，難以對高 透明液體的中斷或終止進(jìn)行確定的檢測；由于透明軟管極易變形，難以方便準(zhǔn)確的安裝定位，光路不宜校準(zhǔn)，不能保障穩(wěn)定可靠的進(jìn)行檢測；檢測裝置體積龐大，安裝使用不便。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有檢測方法的不足，本實用新型提供了一種新型的檢測透明液體斷流的光纖 探頭，該光纖探頭將光纖端頭、透明連接管和光纖定位座集成在一起，只需將透明連接管簡 單的接入輸送被測液體的管路，光纖的另一端與光纖放大器的光纖插孔相連，即可根據(jù)光在 不同介質(zhì)中的折射率改變，利用反射檢測的方法，精確識別軟管中充滿透明液體或是空氣的 細(xì)微變化，達(dá)到檢測透明液體的中斷或終止的目的。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該光纖探頭由兩根光纖、兩端帶有軟 管插口的透明連接管、以及固定光纖端頭和透明連接管的光纖定位座構(gòu)成；透明連接管的中 部固定在光纖定位座的中央，光纖定位座與透明連接管的管壁緊密接觸；兩根光纖端頭的軸 線相交為銳角，封裝在光纖定位座中透明連接管的一側(cè)，且被不透明的光纖定位座互相隔離。該技術(shù)方案的工作原理是透明連接管的兩端插入軟管，光纖的另一端與光纖放大器的 光纖插孔相連；當(dāng)軟管內(nèi)充滿透明液體時，由光纖放大器的光源發(fā)出的發(fā)射光，經(jīng)發(fā)光光纖 傳輸?shù)桨l(fā)光光纖頭，穿過透明連接管管壁，進(jìn)入管中的被測液體，并穿過被測液體，再次穿過另一側(cè)管壁，透射光被與管壁緊密接觸的光纖定位座吸收，受光光纖頭不能接收到發(fā)射光， 光纖放大器的接收器無信號輸出；當(dāng)透明連接管內(nèi)透明液體中斷或終止時，軟管內(nèi)充滿空氣， 由光纖放大器的光源發(fā)出的發(fā)射光，經(jīng)發(fā)光光纖傳輸?shù)桨l(fā)光光纖頭，迸入透明連接管管壁， 由于管壁材料的折射率大于管內(nèi)空氣的折射率，發(fā)射光在連接管的內(nèi)壁與空氣的界面處形成 反射，反射光折返穿過連接管管壁，由鄰近的受光光纖頭接收，接收光經(jīng)受光光纖傳輸?shù)焦?纖放大器的接收器，輸出斷流信號。在上述光纖探頭中，兩根光纖的端頭封裝在光纖定位座中心與透明連接管的軸線垂直的 平面上，兩光纖光束中心線的交點位于透明連接管內(nèi)壁的弧面上或是管內(nèi)。兩光束的夾角， 由光纖光束的擴散角、管壁厚度、光纖端頭到透明連接管外壁的距離等因素決定。由于一般光纖的光束擴散角大約為40~60° ，所以本實用新型中光纖夾角在20~90°都可以達(dá)到較好的效 果。這樣設(shè)計的光束光路，使得發(fā)光光纖并不與透明連接管外壁的弧面垂直，照射到外壁表 面的反射光不直接進(jìn)入受光光纖，受光光纖主要接受來自內(nèi)壁表面的反射光。為了提高了檢測準(zhǔn)確度，需盡可能增大斷流時透明連接管內(nèi)壁表面的反射光強，減弱充 滿透明液體時在透明連接管外壁表面形成的二次反射光強。在探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)法將透 明連接管的截面由簡單的圓形變?yōu)楸鈭A形或橢圓形，使進(jìn)入被測液體的透射光路不具對稱性，則是最為有效的方法。實際測量表明當(dāng)透明連接管的截面變?yōu)楸鈭A形后的長短直徑比為0.8 0.5時，相同周長的透明連接管中二次反射光強可減少約20 50%。由于該光路有效的 增大了反射光強和二次反射光強的對比度，提高了檢測準(zhǔn)確度，這樣采用市售的分辨率較低 的光纖放大器就可以收到較好的檢測效果。為了提高該光纖探頭抵抗周圍環(huán)境光干擾的能力，在光纖定位座上增設(shè)遮光圈，形成一 體化的遮光定位套。遮光定位套內(nèi)孔的截面與透明連接管的截面相同。這樣設(shè)計的探頭結(jié)構(gòu)， 使得檢測光路軸線上的透明連接管與遮光定位套緊密接觸，照射到透明連接管外表面的環(huán)境 光不易直接射入受光光纖頭。這樣可有效的減弱環(huán)境光的干擾，受光光纖頭主要接受透明連 接管內(nèi)壁表面的反射光。實際測試表明為保障在日光非直射的條件下正常工作，適宜的遮 光圈長度為透明軟管直徑的1. 5 4. 0倍。在該光纖探頭中，光纖端頭封裝在光纖定位座中透明連接管的一側(cè)，保證了光纖端頭與 透明連接管的相對位置不變。為方便操作，透明連接管的兩端可帶有直管軟管插口或波紋狀 軟管插口，可方便的安裝與更換軟管。上述措施保證了光纖頭的定位精度，有利于提高測量 準(zhǔn)確性，又使原來軟管固定時所需得精密光路安裝，變?yōu)楣饴饭潭ㄏ轮恍韬唵蔚能浌懿逖b。該光纖探頭的重量輕，可以直接懸吊在軟管管路中，這樣的光纖定位座可以是與透明連 接管的截面相同的圓形或扁圓形外形，無須預(yù)留安裝孔；為了方便固定光纖探頭，光纖定位 座上可以預(yù)留安裝孔；光纖定位座也可以是帶有半圓形的矩形，在矩形的任意平面預(yù)留安裝 孔；光纖定位座也可以帶有底座，在底座的任意平面上預(yù)留安裝孔。該光纖探頭的光纖定位座、遮光圈和底座可選用不透明的工程塑料、工程陶瓷、鋁合金或其他金屬材料來制作，透明連接管可選用透明的PE、工程塑料、聚碳酸酯，硬質(zhì)玻璃或其 他透明材料來制作，光纖可以選用帶護(hù)套的塑料光纖、玻璃光纖或石英玻璃光纖。根據(jù)不同 的應(yīng)用場合，封裝或固定在光纖定位座中的光纖端頭還可帶有光纖防護(hù)套、防護(hù)鏡頭、聚焦 鏡頭、濾光片或遮光罩等附件。在一般工作溫度變化不大(《7(TC)、無沖擊且要求光纖易彎曲的場合，選用帶塑料護(hù)套 的塑料光纖、不透明的工程塑料的光纖定位座、PE的透明連接管則是性能價格比最佳的方案。本實用新型的有益效果是，有效減小了二次反射光強，減弱了環(huán)境光的干擾，保障了檢 測準(zhǔn)確度和可靠性，并且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，配合選取適當(dāng)光源的各種光纖放大器，能有 效識別不同顏色或無色透明液體的中斷或終止，特別適用于透明軟管外徑較小的場合。該光 纖探頭結(jié)構(gòu)簡單，整機體積小，可應(yīng)用于醫(yī)療儀器等多種場合。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一歩描述。圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(橫剖面)。圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖(縱剖面)。圖3是本實用新型在液體充滿時的光路原理圖。圖4是本實用新型在液體中斷時的光路原理圖。圖5是光纖探頭第一實施例的橫剖面構(gòu)造圖。圖6是光纖探頭第一實施例的縱剖面構(gòu)造圖。圖7是光纖探頭第一實施例的立面圖。圖8是光纖探頭第二實施例的橫剖面構(gòu)造圖。圖9是光纖探頭第二實施例的側(cè)面圖。圖IO是光纖探頭第三實施例的立面圖。圖11是光纖探頭第三實施例的俯視圖。圖中l(wèi).光纖放大器，2.發(fā)光光纖，3.光纖定位座，4.發(fā)光光纖頭，5.被測液體，6.透明 連接管，7.受光光纖頭，8.受光光纖，9.直管軟管插口， IO.發(fā)射光，ll.接收光，12.遮光圈， 13.安裝孔，14.安裝螺孔，15.光纖端頭附件，16.底座，17.波紋狀軟管插口。
具體實施方式
本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1和圖2。該光纖探頭由發(fā)光光纖(2)、受光光纖(8)、 兩端帶有軟管插口 (9)的透明連接管(6)、以及固定光纖端頭(4) (7)和透明連接管(6) 的光纖定位座(3)構(gòu)成；透明連接管(6)的中部固定在光纖定位座(3)的中央，光纖定位 座(3)與透明連接管(6)的管壁緊密接觸；兩根光纖端頭(4) (7)的軸線相交為角度a布 置在透明連接管(6)的一側(cè)，且被不透明的光纖定位座互相隔離，封裝在光纖定位座(3) 中心與透明連接管(6)軸線垂直的平面上。圖3和圖4演示了該方案的工作原理當(dāng)透明連接管(6)內(nèi)充滿透明液體時，由光纖放大器(1)的光源發(fā)出的發(fā)射光(10)，經(jīng)發(fā)光光纖(2)傳輸?shù)桨l(fā)光光纖頭(4)，穿過透明連 接管(6)管壁，進(jìn)入管中的被測液體(5)，并穿過被測液體(5)，再次穿過透明連接管(6) 的另一側(cè)管壁，透射光被與管壁緊密接觸的光纖定位座(3)吸收，不能被受光光纖頭(7) 接收，光纖放大器(1)的接收器無信號輸出；當(dāng)透明連接管(6)內(nèi)透明液體(5)中斷或終 止時，管內(nèi)充滿空氣，由光纖放大器(1)的光源發(fā)出的發(fā)射光(10)，經(jīng)發(fā)光光纖(2)傳輸 到發(fā)光光纖頭(4)，進(jìn)入透明連接管(6)的管壁，在連接管(6)的內(nèi)壁與空氣的界面處形 成反射，反射光折返穿過本側(cè)連接管(6)的管壁，由鄰近的受光光纖頭(7)接收，接收光(11) 經(jīng)受光光纖(8)傳輸?shù)焦饫w放大器(1)的接收器，輸出斷流信號。 第一實施例在圖5、 6和7所示第一實施例中，該光纖探頭由發(fā)光光纖(2)、受光光纖(8)、兩端帶 有直管軟管插口 (9)的扁圓形透明連接管(6)、以及帶有遮光圈(12)和安裝孔(13)的扁 圓形光纖定位座(3)構(gòu)成。光纖定位座(3)和遮光圈(12)用不透明的黑色工程塑料ABS 制作，光纖(2) (8)為帶黑色塑料護(hù)套的塑料光纖，透明連接管(6)采用高透明PE管。透 明連接管(6)的中部粘接在光纖定位座(3)的中央，光纖定位座(3)與透明連接管(6) 的管壁緊密接觸；光纖端頭(4) (7)的軸線呈50口角布置在光纖定位座(3)中心與透明連 接管(6)軸線垂直的平面上，封裝在透明連接管(6)的下方，且被不透明的ABS互相隔離。 本實施例中的光纖探頭，其扁圓形透明連接管(6)的長短直徑比為0.7， 二次反射光強比相 同周長的圓形透明連接管中減少約30%;遮光圈(12)的總長度為透明連接管(6)平均直 徑的4.0倍，可保障在日光直射的強烈環(huán)境光條件下正常工作；光纖定位座(3)平面上的安 裝孔(13)，可使光纖探頭方便地固定在水平支架上，并能承受較大的外力。第二實施例在圖8和9所示的第二實施例中，該光纖探頭由一端帶有端頭附件(15)的發(fā)光光纖(2) 和受光光纖(8)、兩端帶有波紋狀軟管插口 (17)的圓形透明連接管(6)、以及帶有遮光圈(12) 和安裝螺孔(14)的半圓形矩形光纖定位座(3)構(gòu)成。光纖定位座(3)和遮光圈(12) 用不透明的黑色工程塑料ABS制作，光纖(2) (8)為帶黑色塑料護(hù)套的塑料光纖，光纖端 頭附件(15)為帶防護(hù)套的調(diào)焦鏡頭，透明連接管(6)采用聚碳酸酯材料。透明連接管(6) 的中部粘接在光纖定位座(3)的中央，光纖定位座(3)與透明連接管(6)的管壁緊密接觸； 光纖端頭(4) (7)的軸線呈60魂布置在光纖定位座(3)中心與透明連接管(6)軸線垂直 的平面上，封裝在透明連接管(6)的下方，且被不透明的ABS互相隔離。本實施例中的光 纖探頭，其遮光圈(12)的總長度為透明連接管(6)直徑的3.0倍，可保障在日光非直射的 強烈環(huán)境光條件下正常工作；光纖定位座(3)底面上的安裝螺孔(14)，可使光纖探頭方便 地固定在垂直支架或是垂直面板上。第三實施例-在圖IO和ll所示的第三實施例中，該光纖探頭由發(fā)光光纖(2)和受光光纖(8)、兩端6帶有波紋狀軟管插口 (17)的扁圓形透明連接管(6)、以及帶有遮光圈(12)和安裝底座(16) 的半圓形矩形光纖定位座(3)構(gòu)成；光纖定位座(3)、遮光圈(12)和安裝底座(16)用不 透明的灰色工程塑料ABS制作，光纖(2) (8)為帶黑色塑料護(hù)套的塑料光纖，透明連接管 (6)采用聚碳酸酯材料。透明連接管(6)的中部粘接在光纖定位座(3)的中央，光纖定位 座(3)與透明連接管(6)的管壁緊密接觸；光纖端頭(4) (7)的軸線呈50說布置在光纖 定位座(3)中心與透明連接管(6)軸線垂直的平面上，封裝在透明連接管(6)的下方，且 被不透明的ABS互相隔離。本實施例中的光纖探頭，其扁圓形透明連接管(6)的長短直徑 比為0.6， 二次反射光強比相同周長的圓形透明連接管中減少約40%;遮光圈(12)的總長 度為透明連接管(6)直徑的3.0倍，可保障在日光非直射的強烈環(huán)境光條件下正常工作；安 裝底座(16)上的安裝孔(13)，可使光纖探頭方便地固定在垂直支架或是垂直面板上，并能 承受較大的外力。
權(quán)利要求1.一種檢測透明液體斷流的光纖探頭，包括發(fā)光光纖(2)、受光光纖(8)和光纖支架，光纖的一端固定在輸送被測液體(5)的透明管路的外面，光纖的另一端與光纖放大器(1)的光纖插孔相連，其特征是所述的光纖探頭由發(fā)光光纖(2)、受光光纖(8)、透明連接管(6)和光纖定位座(3)構(gòu)成；所述的透明連接管(6)的中間部位設(shè)置在光纖定位座(3)的中央，其兩端與輸送被測液體(5)的管路連接；所述的發(fā)光光纖(2)和受光光纖(8)的互相隔離且軸線相交為銳角的光纖端頭(4)和(7)設(shè)置在光纖定位座(3)中透明連接管(6)的一側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖探頭，其特征是互相隔離且軸線相交為銳角的光纖端頭(4) (7)，封裝在光纖定位座(3)中心與透明連接管(6)軸線垂直的平面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖探頭，其特征是具有圓形、扁圓形或橢圓形的截面的透明連 接管(6)，兩端可帶有直管軟管插口 (9)或波紋狀軟管插口 (17)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖探頭，其特征是兩側(cè)帶有圓筒形、扁圓筒形或橢圓筒形遮光 圈(12)的光纖定位座(3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖探頭，其特征是光纖定位座G)帶有安裝孔(B)或安裝 螺孔(14)、或是帶有安裝底座(16)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖探頭，其特征是光纖端頭(4) (7)上可帶有端頭附件(15)。
專利摘要一種檢測液體斷流的光纖探頭，它包括一對光纖、帶有軟管插口的透明連接管、以及固定光纖端頭和透明連接管的光纖定位座。該光纖探頭將光纖端頭、透明連接管和光纖定位座集成在一起；透明連接管的中間部位設(shè)置在光纖定位座的中央，其兩端與輸送被測液體的管路連接；互相隔離且軸線相交為銳角的光纖端頭設(shè)置在光纖定位座中透明連接管的一側(cè)，光纖的另一端與光纖放大器的光纖插孔相連。該光纖探頭結(jié)構(gòu)簡單，整機體積小，可用于醫(yī)療儀器等多種場合的液體斷流的檢測，也可用于透明軟管內(nèi)透明液體的液位的檢測。
文檔編號F17D5/00GK201166261SQ20082005551
公開日2008年12月17日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者路建鄉(xiāng) 申請人:蘇州斯派特光電技術(shù)有限公司