專(zhuān)利名稱(chēng)：基于y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的是一種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)，它是基于Y型光纖傳 光通路的，涉及到測(cè)量光程的最優(yōu)調(diào)節(jié)和保證系統(tǒng)測(cè)量穩(wěn)定的方法；同時(shí)涉及一種可通過(guò)定 標(biāo)來(lái)得到光纖接收的信息與天然橡膠干膠含量關(guān)系的信號(hào)的處理方法，因?yàn)閺墓饫w接收的信 息是承載有所測(cè)天然橡膠樣品信息的，分析從光纖接收的信息可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然橡膠干膠含量 的測(cè)量。
二背景技術(shù)：
作為可再生資源，天然橡膠比起以石油為原料的合成橡膠具有相當(dāng)大的生態(tài)優(yōu)勢(shì)。橡膠 由于具有其他材料所沒(méi)有的特殊性能，即高彈性，還具有良好的物理機(jī)械性能和電絕緣性等， 因而用途極為廣泛，無(wú)論在國(guó)防工業(yè)、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造方面，還是農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、 日常生活方面都或多或少地使用橡膠。目前，對(duì)天然橡膠乳粒的高需求造成了其價(jià)格的激增。 天然橡膠乳粒中干膠含量是確定它價(jià)格的關(guān)鍵因素，制造能快速、準(zhǔn)確測(cè)量天然橡膠乳粒中 干膠含量的設(shè)備具有重大的意義，它能實(shí)現(xiàn)天然橡膠市場(chǎng)交易的高效性和公平性，防止在天 然橡膠市場(chǎng)交易中的欺詐行為。
測(cè)定天然橡膠中干膠含量的方法主要是化學(xué)的方法，這是一種直接測(cè)量的方法?；驹?理是將濃縮膠乳試料稀釋至總固體含量為20%，并用乙酸酸化。然后將凝固的橡膠壓成薄片， 在70 'C下干燥，最后進(jìn)行稱(chēng)量計(jì)算。還有一些直接測(cè)量方法包括杓子法、比重測(cè)定法、扭 力天平法等等，測(cè)量的基本原理都一樣的，只是在局部操作或試劑用量上有所不同。
此外，也采用一些間接測(cè)量方法，電容式傳感器測(cè)量法和微波技術(shù)測(cè)量法就是其中的兩 種。前者的基本原理是電容的容量正比于極板面積、介質(zhì)的介電常數(shù)，反比于極板之間的距 離。如果極板面積和極板之間的距離保持不變，則電容容量正比于介質(zhì)的介電常數(shù)。因此， 可以通過(guò)測(cè)量電容的容量來(lái)得到介質(zhì)的介電常數(shù)，進(jìn)而研究橡膠樣品的干膠含量。后者的基 本原理是基于微波共振原理，測(cè)量微波通過(guò)天然橡膠后的衰減量來(lái)得到橡膠樣品的濃度。
在上述的天然橡膠干膠含量測(cè)量的直接測(cè)量方法中，以標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)測(cè)量方法為例，整個(gè)過(guò) 程需要非常仔細(xì)的操作，并且每個(gè)細(xì)節(jié)操作必須按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。 其他的直接測(cè)量方法要么就是測(cè)量設(shè)備笨重、測(cè)量周期長(zhǎng)，要么就是有損測(cè)量、操作麻煩， 同時(shí)還需一個(gè)熟練的工作人員來(lái)使用這些儀器，這使得測(cè)量變得很不方便，并且成本很高。
同樣，在上述的間接測(cè)量方法中，無(wú)論是微波技術(shù)測(cè)量法，還是電容式傳感器測(cè)量法， 其高昂的價(jià)格往往使一些小型膠廠(chǎng)、研究所、產(chǎn)膠園望而生卻，并且維護(hù)要求高，需要定期 維護(hù)，原因是它的定標(biāo)曲線(xiàn)使用較長(zhǎng)時(shí)間后，各參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，這將引起定標(biāo)曲線(xiàn)形狀、寬窄幅度的變化，從而導(dǎo)致檢測(cè)過(guò)程產(chǎn)生較大誤差。不管怎樣調(diào)整定標(biāo)點(diǎn)，都無(wú)法將定標(biāo)曲 線(xiàn)拉回至標(biāo)準(zhǔn)位置。因而，定標(biāo)曲線(xiàn)必須重新進(jìn)行測(cè)定，才能保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
近年來(lái)，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一 過(guò)程中，光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。本發(fā)明提出一種基于Y型光 纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)，利用光纖傳輸具有頻帶寬、損耗低、重量輕、抗干擾 能力強(qiáng)、保真度高、工作性能可靠，并且成本不斷下降的優(yōu)點(diǎn)，使用Y型光纖作為非 功能型傳感器，即用作傳光通路，它能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)量天然濃縮膠乳中的干膠含量，適 應(yīng)性強(qiáng)，使用范圍廣，不受外界條件干擾，并且成本低，使用操作易于上手，維護(hù)方便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)一種高靈敏度的探測(cè)器結(jié)構(gòu)，主要是基于Y型光纖傳光 通路和光電池以及光功率計(jì)結(jié)合的探測(cè)器結(jié)構(gòu)；第二個(gè)問(wèn)題是保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法，主 要是最優(yōu)測(cè)量光程的調(diào)節(jié)和消除外界環(huán)境的影響；第三個(gè)問(wèn)題是提供信號(hào)處理的方法，根據(jù) 該方法處理得到的信號(hào)，可獲得關(guān)于天然橡膠中干膠含量的標(biāo)準(zhǔn)方程，進(jìn)而計(jì)算得到其干膠 含量百分比。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量 系統(tǒng)，其相應(yīng)的測(cè)量系統(tǒng)組成如圖1系統(tǒng)框圖所示，具體包括下列模塊
信號(hào)源模塊101，用于系統(tǒng)的初始信號(hào)發(fā)射。該信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，對(duì) 穩(wěn)定性的要求很高。激光具有方向性好，亮度高，單色性好和相干性好等特點(diǎn)。因?yàn)榧す饩?有以上的優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足本發(fā)明的要求，因此選擇激光器作為系統(tǒng)的信號(hào)源。
光纖耦合模塊102，用于將信號(hào)源模塊101發(fā)射的初始信號(hào)耦合至導(dǎo)光模塊104中。這里對(duì)
光纖耦合方法以及本發(fā)明使用的光纖耦合方法進(jìn)行說(shuō)明。
光源與光纖的耦合主要由兩種方式直接耦合和透鏡耦合。直接耦合是直接將光纖對(duì)準(zhǔn) 光源，這種方式的耦合效率很低；透鏡耦合即在光源和光纖之間加入某種透鏡系統(tǒng)，以使光 源發(fā)出的光斑最大限度地會(huì)聚成一個(gè)小于光纖直徑的光斑，再傳輸?shù)焦饫w端面上，這樣耦合 效率就會(huì)大大提高。在本發(fā)明所述的系統(tǒng)中我們采用透鏡耦合方式，在信號(hào)源模塊101和導(dǎo)光 模塊104的輸入端面間放置一些與實(shí)驗(yàn)裝置相匹配的光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)高效耦合，這里所述的光 學(xué)元件可以是一個(gè)單透鏡201和一個(gè)顯微鏡筒202，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。
激光器101發(fā)出的某一波長(zhǎng)的光束，經(jīng)直徑為20mm、焦距30mm的單透鏡201會(huì)聚后，輸 入到顯微鏡筒202的窗口上。這是一個(gè)通用的放大倍數(shù)為30倍的顯微鏡筒，包括目鏡單元203 和物鏡單元204。使用時(shí)，讓目鏡203作為光束的輸入端，物鏡204作為光束的輸出端，以實(shí)現(xiàn) 光斑30倍的縮小，再將Y型光纖輸入端301調(diào)整到顯微鏡筒202輸出焦點(diǎn)的中心位置，就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)源模塊101和導(dǎo)光模塊104的最佳耦合。
導(dǎo)光模塊104，在本系統(tǒng)中起導(dǎo)光作用的是Y型光纖。Y型光纖是一種新型光纖，利用它 可以實(shí)現(xiàn)入射光和反射光的分離，從而極大地消除了背景光的影響，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在這 里，對(duì)Y型光纖的具體操作進(jìn)行說(shuō)明。
導(dǎo)光模塊104,即Y型光纖，包括三個(gè)端口，即輸入端301，輸出端302以及光纖探頭 303。其中301和302分別作為導(dǎo)光模塊的信號(hào)輸入端面304和輸出端面305，而光纖探頭303 的端面則包括兩部分，內(nèi)層部分306和外層部分307。其中光纖探頭303的內(nèi)層306用于將 進(jìn)入導(dǎo)光模塊104輸入端面304的光垂直入射到天然橡膠乳液的表面，光纖探頭303的外層 307用于接收由天然橡膠乳液反射的光。
由光纖探頭303的外層307進(jìn)入光纖的光線(xiàn)，是經(jīng)過(guò)待測(cè)橡膠樣品反射后的光線(xiàn)，因此 必定攜帶了橡膠樣品的信息。由于反射光的強(qiáng)度與待測(cè)橡膠樣品濃度，即樣品中的干膠含量， 是有密切關(guān)系的，因此根據(jù)由輸出端302射出的反射光的強(qiáng)度，就可以得出待測(cè)橡膠樣品的 干膠含量百分比，這也就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理所在。
本系統(tǒng)測(cè)量天然橡膠干膠含量的關(guān)鍵就是測(cè)量由輸出端302射出的光線(xiàn)的強(qiáng)度。因此， 保證它的穩(wěn)定性是得到準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵。
影響由輸出端302射出的光信號(hào)的強(qiáng)度穩(wěn)定性的因素主要有以下三個(gè)。第一，由輸入端 301進(jìn)入光纖的初始光強(qiáng)的穩(wěn)定性，即信號(hào)源模塊101輸出的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)的信號(hào)源為激 光器。我們給激光器供電的電源為穩(wěn)壓電源，經(jīng)過(guò)測(cè)定，輸出電壓穩(wěn)定，符合測(cè)量要求。
第二，光纖探頭303與橡膠液面的距離。影響輸出端302射出光信號(hào)強(qiáng)度的因素不僅是 橡膠樣品的濃度，還與光纖探頭303到待測(cè)橡膠樣品液面的距離有關(guān)。因此，只有保持這個(gè) 距離不變，才能保證輸出端302射出的光信號(hào)的強(qiáng)度只與橡膠樣品的濃度有關(guān)。
具體測(cè)量中，由于光纖探頭303的內(nèi)層306射出的初始光，經(jīng)待測(cè)橡膠液面反射后，要 從外層307返回。因此，要想保證經(jīng)橡膠液面反射的光從外層307返回光纖，必須保證垂直 入射，即保證光纖探頭303與橡膠液面保持垂直。將Y型光纖的探頭303從放置系統(tǒng)的平臺(tái) 上垂下，用鐵架臺(tái)固定，使其在以后的測(cè)量中都保持垂直。
將待測(cè)的橡膠樣品取合適的量，倒入測(cè)量杯108中，然后將測(cè)量杯108放在一個(gè)可以微 調(diào)的升降臺(tái)105上，將升降臺(tái)放于垂下的光纖探頭303的正下方，保證由探頭射出的光正好 可以打到測(cè)量杯的正中央，即射到橡膠液面的中央。然后就可以通過(guò)調(diào)整升降臺(tái)的高度來(lái)控 制光纖探頭303到液面的距離。
通過(guò)上述大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整升降臺(tái)的高度使待測(cè)橡膠樣品的液面由遠(yuǎn)及近向光 纖探頭靠近時(shí)，從輸出端302射出的光強(qiáng)先變大再變小。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到最大值之前，隨著距離的靠近，光強(qiáng)變化率越來(lái)越??；當(dāng)待測(cè)光強(qiáng)達(dá)到最大值后再?gòu)拇笞冃r(shí)，隨著距離的靠近， 光強(qiáng)變化率又變得越來(lái)越大。光強(qiáng)變化規(guī)律如圖4所示。
因此我們發(fā)現(xiàn)，在待測(cè)光強(qiáng)最大的這個(gè)液面高度時(shí)，液面高度的波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化最 弱。所以選擇這個(gè)液面高度最為合適。在光纖探頭303上固定一根打蠟的細(xì)鐵絲，并保持其 垂直狀態(tài)，其長(zhǎng)度(從光纖探頭到待測(cè)橡膠液面的距離)選擇為上述的最佳長(zhǎng)度，為1.5cm， 或約為1.5cm，我們將這個(gè)最佳長(zhǎng)度的鐵絲稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)針。同時(shí)，為了起到參考作用，在固定 標(biāo)準(zhǔn)針的同時(shí)，再固定兩根細(xì)鐵絲， 一根比標(biāo)準(zhǔn)針長(zhǎng)(我們將其稱(chēng)為長(zhǎng)針)， 一根比標(biāo)準(zhǔn)針短 (稱(chēng)為短針)。測(cè)量時(shí)，通過(guò)調(diào)整升降臺(tái)的的高度控制探頭到液面的距離，當(dāng)固定在探頭303 的針尖(包括長(zhǎng)針、短針和標(biāo)準(zhǔn)針)與待測(cè)橡膠液面剛好接觸時(shí)，記錄此時(shí)的光強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)針 作為主要參考數(shù)據(jù)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)針產(chǎn)生較大誤差時(shí)，可以選擇用長(zhǎng)針的數(shù)據(jù)或短針的數(shù)據(jù)。
第三，雜散光的影響。從光纖探頭303的內(nèi)層306射出的光，經(jīng)橡膠液面反射后，從外 層307返回光纖中。由于探頭裸露在外，必然會(huì)有雜散光也隨著反射光一起進(jìn)入光纖中。雜 散光主要包括外界光和經(jīng)盛放橡膠樣品的容器的杯壁反射的光。這兩種雜散光由于只與外界 條件有關(guān)，并不攜帶有任何橡膠樣品的信息。因此，必須讓其保持穩(wěn)定性，或者濾除，不然 的話(huà)就會(huì)使得測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生偏差。外界光由于時(shí)間和天氣等原因很難保持穩(wěn)定，而杯壁的反 射更是和眾多因素有關(guān)，所以要想保持這兩種雜散光的穩(wěn)定性是很難做到的，所以只有考慮 將它們?yōu)V除。
為了濾除上述的雜散光，特設(shè)計(jì)了如圖5所示的屏蔽環(huán)。屏蔽環(huán)501可以用任何硬質(zhì)材 料做成，將其圈成圓柱狀，底面半徑比光纖探頭303稍大，可以將其固定在光纖探頭303上， 長(zhǎng)度根據(jù)光纖探頭到橡膠液面的高度做合適的選擇。屏蔽環(huán)501伸出光纖探頭303的部分， 其內(nèi)壁用黑色膠布黏貼。
由于使用了屏壁環(huán)501，原來(lái)固定在光纖探頭上的三種探針502 (長(zhǎng)針、短針、標(biāo)準(zhǔn)針) 可以固定在屏蔽環(huán)501的外側(cè)，并保持垂直。根據(jù)上面的分析，標(biāo)準(zhǔn)針的長(zhǎng)度為1.5 cm，或 約為1.5cm，而探針伸出屏蔽環(huán)的距離可以選擇為lcm，因此屏蔽環(huán)伸出探頭的長(zhǎng)度為0.5cm， 或約為0.5cm。使用屏蔽環(huán)501后，由于是垂直入射，從光纖探頭303內(nèi)層306射出的光反 射后仍舊能夠從外層307返回到光纖中。而經(jīng)杯壁反射的光和外界光由于屏蔽環(huán)501的阻擋 和其內(nèi)壁黑色膠布的吸收，絕大部分無(wú)法進(jìn)入光纖中，對(duì)測(cè)量結(jié)果已經(jīng)沒(méi)有影響。
系統(tǒng)采用Y型光纖傳光通路，具有以下優(yōu)點(diǎn)①簡(jiǎn)化了光路設(shè)計(jì)，縮小檢測(cè)探頭的尺寸,
方便定位；②利用光纖抗拉強(qiáng)度大等特點(diǎn)大大縮小儀器尺寸和降低儀器成本；③由于采用光
纖傳輸，光能集中，損耗小，對(duì)光源要求低，相對(duì)提高了靈敏度。所以，對(duì)比利用傳統(tǒng)光學(xué)，
光纖檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單合理、機(jī)動(dòng)性好。可升降載物臺(tái)模塊105，用于放置盛放橡膠樣品容器108，可升降載物臺(tái)的高度能夠調(diào)節(jié)， 從而控制橡膠乳液表面與光纖探頭303的距離。
光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。具體包括一個(gè)耦合器103和光電傳感器106。 耦合器103的結(jié)構(gòu)可以使用和耦合器102 —樣的結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光模塊104的輸出和光電 傳感器106的高效耦合。而光電傳感器106是將被測(cè)量的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。
本發(fā)明中起光電轉(zhuǎn)換作用的是光電池。光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積PN結(jié)，上電極為柵狀受 光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射。下電極是一層襯底鋁。當(dāng)光 照射PN結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子空穴對(duì)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電 動(dòng)勢(shì)， 一般可產(chǎn)生0.2V 0.6V電壓。
從導(dǎo)光模塊104的輸出端302射出的光線(xiàn)，通過(guò)耦合器103后，射到光電池106表面上，由 光電池106將這個(gè)光信號(hào)裝換成電信號(hào)。光電池密封在一個(gè)暗盒中，以避免外界光的影響。光 強(qiáng)度不同，則電信號(hào)的強(qiáng)度(如電壓、電流、功率等)也不同，二者成正比。檢測(cè)這個(gè)電信 號(hào)的強(qiáng)度，即相當(dāng)于檢測(cè)光信號(hào)的強(qiáng)度，所以電信號(hào)的強(qiáng)弱也就反映了待測(cè)天然橡膠的干膠 含量。
探測(cè)器模塊107，用于測(cè)量光電轉(zhuǎn)換模塊輸出的電信號(hào)強(qiáng)度，就可以得到橡膠樣品的濃 度信息。在光纖系統(tǒng)中，測(cè)量光功率是最基本的，本系統(tǒng)使用光功率計(jì)作為探測(cè)器。將光電 池106的輸出接到一個(gè)光功率計(jì)107上，即實(shí)現(xiàn)了光功率的測(cè)量。光功率計(jì)107上的讀數(shù)就 反應(yīng)了由光纖輸出端口 302射出的光的強(qiáng)度，也就反應(yīng)了橡膠樣品的濃度。
數(shù)據(jù)處理模塊。由于光功率計(jì)107上的讀數(shù)反應(yīng)了橡膠樣品的濃度，要想從這個(gè)功率讀 數(shù)得到橡膠濃度的具體值，定標(biāo)是必須的。具體做法就是配置濃度己知的且互不相同的天然 橡膠樣品若干個(gè)，分別將其放入本系統(tǒng)中，依次讀出其反射光的功率并記錄。將所得的數(shù)據(jù) 通過(guò)軟件擬合成一個(gè)公式，該公式如下形式
少=a 0+罕一f + "2fe_
此公式是y關(guān)于t的函數(shù)，t代表所測(cè)得的光強(qiáng)數(shù)值，y代表橡膠樣品的干膠百分含量值，a0，
a" a2為待測(cè)系數(shù)。通過(guò)己經(jīng)得到的定標(biāo)數(shù)據(jù)，可得到這三個(gè)系數(shù)的值。以后測(cè)量中，保持
測(cè)量條件不變(主要指信號(hào)源模塊101的輸入光強(qiáng)和光纖探頭303到橡膠液面的距離)，將未 知濃度的橡膠樣品放入系統(tǒng)中，從功率計(jì)107上讀出其反射光的光強(qiáng)，再代入已經(jīng)得到的公 式，就可以計(jì)算出這個(gè)未知橡膠天然濃縮膠乳樣品的干膠含量百分比。 四

圖1 一種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖；圖2 —種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的光纖耦合方法示意圖3 —種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的Y型光纖示意圖4 一種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的光強(qiáng)變化規(guī)律示意圖5 —種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的屏蔽環(huán)示意圖6 —種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)擬合曲線(xiàn)圖。
圖中符號(hào)說(shuō)明
101激光器 102耦合器l 103耦合器2 104Y型光纖 105可升降載物臺(tái)106光電池 107光功率計(jì)108測(cè)量杯 201透鏡 202顯微鏡筒203目鏡 204物鏡
301光纖輸入端302光纖輸出端 303光纖探頭 304初始光線(xiàn)入射口 305反射光線(xiàn)出射口 306初始光線(xiàn)出射口 307反射光線(xiàn)入射口 501屏蔽環(huán)502標(biāo)準(zhǔn)針 五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例子以普通天然橡膠濃縮乳膠中干膠含量測(cè)量為例，在測(cè)量未知濃度樣品之前需 要先進(jìn)行定標(biāo)，當(dāng)然只需一次定標(biāo)即可，以后就可直接測(cè)量了。配置標(biāo)準(zhǔn)濃度樣品，最低干 膠含量濃度為15%，最高干膠含量濃度為45%，間隔5%，共7組樣品。將這7組樣品依次 放入本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，讀出功率計(jì)的讀數(shù)，并進(jìn)行歸一化處理。將歸一化后的數(shù)據(jù)記錄 如表l。其中信號(hào)源模塊IOI，即激光器的的輸出功率為1.35mw。
表1測(cè)量實(shí)例數(shù)據(jù)表
橡膠樣品濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))光強(qiáng)Cmw)橡膠光強(qiáng)反射比
45%0.977.185%
40%0.856.296%
35%0.755.556%
30%0.715.259%
25%0.695.111%
20%0.614.519%
15% 0.564.148%
得到的擬合方程1為
y=-14,3315-96.4721 e-t+261.9649t e-t
擬合的曲線(xiàn)如圖6所示，橫坐標(biāo)為反射光的光強(qiáng)，縱坐標(biāo)為天然橡膠的百分濃度含量。
具體測(cè)量時(shí)，將未知濃度的天然橡膠樣品放入本發(fā)明所述 系統(tǒng)中，從光功率計(jì)上讀出 其反射光光強(qiáng)，再帶入所得公式，即可計(jì)算出它的干膠百分含量。
權(quán)利要求
1、一種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)量濃縮天然膠乳中的干膠百分含量，所述系統(tǒng)包含以下裝置信號(hào)源模塊，用于系統(tǒng)的初始信號(hào)發(fā)射；光纖耦合模塊，包括一單透鏡和一顯微鏡筒，該光纖耦合模塊用于將信號(hào)源發(fā)射的初始信號(hào)耦合到導(dǎo)光模塊中，實(shí)現(xiàn)激光器光斑30倍的縮?。粚?dǎo)光模塊，包括光纖探頭，該導(dǎo)光模塊用于整個(gè)系統(tǒng)光信號(hào)的傳導(dǎo)，所述光纖探頭包括內(nèi)層和外層兩部分，其中光纖探頭的內(nèi)層用于將進(jìn)入導(dǎo)光模塊輸入端的光垂直入射到天然橡膠乳液的表面，光纖探頭的外層用于接收由天然橡膠乳液反射的光；可升降載物臺(tái)模塊，用于放置盛放橡膠樣品容器，可升降載物臺(tái)模塊的高度能夠調(diào)節(jié)，從而控制橡膠乳液表面與光纖探頭的距離；光電轉(zhuǎn)換模塊，包括一光纖耦合器和一光電池，該光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；探測(cè)器模塊，用于測(cè)量光電池輸出的電信號(hào)的強(qiáng)度；數(shù)據(jù)處理模塊，用于處理所得電信號(hào)的強(qiáng)度，從而得知橡膠樣品的干膠含量；用于將通過(guò)若干濃度已知且互不相同的天然橡膠的測(cè)量所得的數(shù)據(jù)擬合成一個(gè)公式1，該公式1為y＝a0+a1e-t+a2te-t此公式是y關(guān)于t的函數(shù)，t代表所測(cè)得的光強(qiáng)數(shù)值，y代表橡膠樣品的干膠百分含量值，a0，a1，a2為系數(shù)；并且所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于從探測(cè)器模塊上讀出其反射光的光強(qiáng)，再代入擬合得到的公式1，從而計(jì)算出未知天然濃縮膠乳樣品的干膠含量百分比。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)的信號(hào)源模塊具體為激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)的導(dǎo)光模塊具體為Y型光纖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)的探測(cè)器模塊具體為光功率計(jì)。
全文摘要
一種基于Y型光纖的天然橡膠干膠含量測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)源模塊；光纖耦合模塊；導(dǎo)光模塊；可升降載物臺(tái)模塊；光電轉(zhuǎn)換模塊；探測(cè)器模塊；以及數(shù)據(jù)處理模塊，用于將通過(guò)若干濃度已知且互不相同的天然橡膠的測(cè)量所得的數(shù)據(jù)擬合成一個(gè)公式，并且還用于從探測(cè)器模塊上讀出其反射光的光強(qiáng)，再代入擬合得到的公式，從而計(jì)算出未知天然濃縮膠乳樣品的干膠含量百分比。
文檔編號(hào)G01N21/55GK101614664SQ200910031159
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者俞曉磊, 旸 宋, 林 張, 趙志敏, 金小東, 剛 陳 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)