本實(shí)用新型涉及環(huán)境水中懸浮物濃度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)以及人民生活水平的提高，用水量和污水排放量都大幅度增加。由于大量的工業(yè)廢水和生活污水排入河流水體，水環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重惡化，地表水和地下水受到不同程度的污染。目前國(guó)際上對(duì)水中懸浮物濃度的檢測(cè)方法包括傳統(tǒng)的稱質(zhì)量法、光學(xué)傳感器、激光衍射、遙感等。經(jīng)過(guò)對(duì)比和研究發(fā)現(xiàn)光學(xué)法更加適合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水中懸浮物濃度，更加適用一些特殊環(huán)境下的檢測(cè)，也是未來(lái)輕便、可攜帶濁度儀器的發(fā)展方向。

目前國(guó)內(nèi)外的各種濁度測(cè)量系統(tǒng)都難以實(shí)現(xiàn)狹小空間且環(huán)境特別惡劣條件下的在線濁度測(cè)量，比如對(duì)狹窄的油井進(jìn)行檢測(cè)，一般的測(cè)量系統(tǒng)都因?yàn)轶w積龐大而無(wú)法正常工作，唯一的辦法只能通過(guò)收發(fā)一體的探頭探入到待測(cè)處進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)方式不僅滿足了在狹窄空間工作的條件，而且避免了信號(hào)處理電路在特殊環(huán)境下的不穩(wěn)定性，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。

為了應(yīng)對(duì)上面提出的問(wèn)題，一些新的檢測(cè)方式被提出，如中國(guó)實(shí)用新型專利ZL201210401753.4提出了一種光纖式激光液體濁度測(cè)量裝置及測(cè)量方法，利用環(huán)形器以達(dá)到收發(fā)一體的目的。由于環(huán)形器的工作特性，逆向獲得光信號(hào)是被抑制的，因此獲得的光信號(hào)很少，檢測(cè)的范圍很小，而且環(huán)形器的體積相對(duì)較大，不利于狹小范圍和檢測(cè)系統(tǒng)的集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，彌補(bǔ)現(xiàn)有水質(zhì)濁度測(cè)量技術(shù)的不足，尤其是解決現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備不能快速實(shí)時(shí)測(cè)量、體積龐大、不易攜帶、抗干擾差等問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，該裝置包括收發(fā)一體全光纖探頭和信號(hào)控制處理模塊，所述收發(fā)一體全光纖探頭包括Y型探頭光纖束和探頭尖端，所述信號(hào)控制處理模塊包括控制器、驅(qū)動(dòng)電路、激光器、單光子探測(cè)器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和顯示器；

所述Y型探頭光纖束由若干光源光纖束和若干探測(cè)光纖束通過(guò)光纖耦合器匯聚構(gòu)成，所述Y型探頭光纖束的匯聚端與探頭尖端嵌套連接，所述探頭尖端為周向開(kāi)設(shè)有若干壁孔的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部位于Y型探頭光纖束匯聚端的后端依次設(shè)有透鏡和平面鏡；

所述控制器的輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與激光器的輸入端連接，所述激光器的輸出端通過(guò)光纖跳線與光源光纖束連接，所述探測(cè)光纖束通過(guò)光纖跳線與單光子探測(cè)器的輸入端連接，所述單光子探測(cè)器的輸出端通過(guò)信號(hào)處理器與存儲(chǔ)器的輸入端連接，所述存儲(chǔ)器與控制器交互式連接，所述控制器的輸出端與信號(hào)處理器的輸入端、顯示器的輸入端連接。

所述的浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，當(dāng)該裝置用于檢測(cè)濁度低于一定閾值的待測(cè)液時(shí)，所述光源光纖束的數(shù)目少于探測(cè)光纖束的數(shù)目；當(dāng)該裝置用于檢測(cè)濁度高于一定閾值的待測(cè)液時(shí)，所述光源光纖束的數(shù)目多于探測(cè)光纖束的數(shù)目。

所述的浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，所述光源光纖束和探測(cè)光纖束在Y型探頭光纖束的匯聚端截面上的幾何分布為均勻有規(guī)則的形狀。

所述的浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，所述探頭尖端采用吸光材料制備。

所述的浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，所述平面鏡到Y(jié)型探頭光纖束匯聚端的距離在0～10cm之間。

所述的浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，所述平面鏡到Y(jié)型探頭光纖束匯聚端的距離為5cm。

本實(shí)用新型的有益效果為：

（1）本實(shí)用新型檢測(cè)時(shí)只需要將探頭尖端浸入待測(cè)液，無(wú)需其他輔助設(shè)備對(duì)待測(cè)液進(jìn)行采集，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于小型化和低成本，采用浸入檢測(cè)方式，避免了樣品池的壁厚對(duì)散射區(qū)域的大小和相對(duì)位置的影響，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度；

（2）本實(shí)用新型采用收發(fā)一體的結(jié)構(gòu)形式易于一體集成和小型化、低成本，便于在狹小空間內(nèi)的檢測(cè)，收發(fā)一體全光纖探頭為全光纖結(jié)構(gòu)，避免了外界環(huán)境的干擾，提高了系統(tǒng)的信噪比；

（3）本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)光源光纖束和探測(cè)光纖束的數(shù)目和在匯聚端截面上的幾何分布進(jìn)行選擇，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，可以靈活地使用在各種特定情況下，同時(shí)并不增加制作工藝難度以及裝置的體積和成本；

（4）本實(shí)用新型的收發(fā)一體全光纖探頭的制作材料可以采用耐高溫的光纖，適用于高溫濁度檢測(cè)條件下，因此可以應(yīng)用在固定高溫油田的檢測(cè)場(chǎng)合，同時(shí)微型化的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用到移動(dòng)水源濁度檢測(cè)方面。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的探頭尖端的立體視圖；

圖3是本實(shí)用新型的Y型探頭光纖束匯聚端的截面圖；

圖4是本實(shí)用新型的光源光纖束的分布截面圖；

圖5是本實(shí)用新型的探測(cè)光纖束的分布截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。

如圖1～圖5所示，一種浸入式收發(fā)一體全光纖結(jié)構(gòu)液體濁度檢測(cè)裝置，包括收發(fā)一體全光纖探頭1和信號(hào)控制處理模塊2，其中，收發(fā)一體全光纖探頭1包括Y型探頭光纖束11和探頭尖端12，信號(hào)控制處理模塊2包括控制器21、驅(qū)動(dòng)電路22、激光器23、單光子探測(cè)器24、信號(hào)處理器25、存儲(chǔ)器26和顯示器27。

Y型探頭光纖束11由若干光源光纖束111和若干探測(cè)光纖束112通過(guò)光纖耦合器113匯聚構(gòu)成，Y型探頭光纖束11的匯聚端與探頭尖端12嵌套連接，探頭尖端12為周向開(kāi)設(shè)有若干壁孔121的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，采用吸光材料制備而成，其內(nèi)部位于Y型探頭光纖束11匯聚端的后端依次設(shè)有透鏡122和平面鏡123。

控制器21的輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路22與激光器23的輸入端連接，激光器23的輸出端通過(guò)光纖跳線與光源光纖束111連接，探測(cè)光纖束112通過(guò)光纖跳線與單光子探測(cè)器24的輸入端連接，單光子探測(cè)器24的輸出端通過(guò)信號(hào)處理器25與存儲(chǔ)器26的輸入端連接，存儲(chǔ)器26與控制器21交互式連接，控制器21的輸出端與信號(hào)處理器25的輸入端、顯示器27的輸入端連接。

放置在探頭尖端12下底部的平面鏡123到Y(jié)型探頭光纖束11匯聚端的距離在0～10cm之間，即放置在探頭尖端12上底部的透鏡122的焦距應(yīng)在0～10cm之間。作為優(yōu)選，平面鏡123到Y(jié)型探頭光纖束11匯聚端的距離為5cm。

本實(shí)用新型的工作原理：

控制器21對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行控制的同時(shí)，對(duì)激光器23進(jìn)行恒定光強(qiáng)控制，以避免光強(qiáng)變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。

控制器21控制驅(qū)動(dòng)電路22激發(fā)激光器23發(fā)出激光信號(hào)，經(jīng)光源光纖束111傳輸?shù)結(jié)型探頭光纖束11的匯聚端，經(jīng)放置在探頭尖端12上底部的透鏡122聚焦后入射到從壁孔121流進(jìn)探頭尖端12內(nèi)部的待測(cè)液上，再經(jīng)過(guò)放置在探頭尖端12下底部的平面鏡123的反射，再次入射到待測(cè)液上，完成在探頭尖端12內(nèi)部待測(cè)液內(nèi)的來(lái)回傳輸，增加檢測(cè)光程。最后激光信號(hào)出射到Y(jié)型探頭光纖束11的匯聚端，經(jīng)探測(cè)光纖束112傳輸?shù)絾喂庾犹綔y(cè)器24，激光信號(hào)被轉(zhuǎn)換成光子脈沖信號(hào)。光子脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器25的處理，得到光子脈沖數(shù)存入存儲(chǔ)器26備用。控制器21調(diào)用存儲(chǔ)器26內(nèi)預(yù)存的光子脈沖數(shù)與濁度之間的標(biāo)定關(guān)系反演出待測(cè)液的濁度，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器26內(nèi)并在顯示器27上顯示，最終實(shí)現(xiàn)收發(fā)一體的濁度檢測(cè)功能。

本實(shí)用新型所描述的檢測(cè)裝置在使用前，操作人員需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以獲取光子脈沖數(shù)與濁度之間的標(biāo)定關(guān)系，標(biāo)定過(guò)程主要包括：

將清潔過(guò)的探頭尖端12先后浸入一組同梯度不同濁度的福爾馬荊標(biāo)準(zhǔn)液中，首先，控制器21通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路22關(guān)閉激光器23，在無(wú)光源的情況下，收發(fā)一體全光纖探頭1無(wú)激光信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)控制處理模塊2。由于收發(fā)一體全光纖探頭1為全光纖結(jié)構(gòu)，單光子探測(cè)器24只接收到極少的外界干擾信號(hào)，干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理器25處理后換算得到對(duì)應(yīng)各濁度標(biāo)準(zhǔn)液下的基底光子脈沖數(shù)；

然后，由控制器21通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路22啟動(dòng)激光器23，在有光源的情況下，激光信號(hào)通過(guò)光源光纖束111入射到探頭尖端12內(nèi)的待測(cè)液中，通過(guò)探測(cè)光纖束112接收透射回來(lái)的激光信號(hào)，信號(hào)處理器（25）對(duì)單光子探測(cè)器（24）探測(cè)到的激光信號(hào)進(jìn)行處理，換算得到此時(shí)總的光子脈沖數(shù)，去除對(duì)應(yīng)的基底光子脈沖數(shù)，得到對(duì)應(yīng)的光子脈沖數(shù)；

最后，以檢測(cè)的光子脈沖數(shù)為縱坐標(biāo)，同時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)液濁度值為橫坐標(biāo)，畫(huà)出福爾馬荊標(biāo)準(zhǔn)液濁度變化對(duì)應(yīng)光子脈沖數(shù)變化的關(guān)系曲線，并對(duì)畫(huà)出的關(guān)系曲線進(jìn)行指數(shù)擬合，獲得光子脈沖數(shù)與濁度之間的標(biāo)定關(guān)系。

Y型探頭光纖束11采用靈活的光纖束配置的分叉結(jié)構(gòu)，分為光源光纖束111和探測(cè)光纖束112。激光信號(hào)由光源光纖束111導(dǎo)入，經(jīng)待測(cè)液及探頭尖端12下底部的平面鏡123反射回來(lái)的激光信號(hào)，由探測(cè)光纖束112接收并傳輸?shù)叫盘?hào)控制處理模塊2。光源光纖束111傳輸激光器23發(fā)出的激光信號(hào)，探測(cè)激光束112探測(cè)透射回來(lái)的激光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)收發(fā)一體的效果?；趦煞N光纖束的數(shù)目分配和在匯聚端截面上的幾何分布（均勻有規(guī)則），可以設(shè)計(jì)成多種形式的光纖束組合。

上述多種組合可以靈活地適用在下面一些特定的情況下：

當(dāng)檢測(cè)裝置探測(cè)較低濁度的待測(cè)液時(shí)，通過(guò)減少光源光纖束111的數(shù)目來(lái)減小入射光強(qiáng)，通過(guò)增加探測(cè)光纖束112的數(shù)目來(lái)增加匯聚端截面積，更好地探測(cè)透射回來(lái)的激光信號(hào)，此時(shí)光源光纖束111的數(shù)目要比探測(cè)光纖束112的數(shù)目要少。

當(dāng)檢測(cè)裝置探測(cè)較高濁度的待測(cè)液時(shí)，通過(guò)增加光源光纖束111的數(shù)目來(lái)提高入射光強(qiáng)，通過(guò)減少探測(cè)光纖束112的數(shù)目來(lái)降低匯聚端截面積，更有效避開(kāi)強(qiáng)烈入射光同時(shí)探測(cè)有用透射回來(lái)的激光信號(hào)，此時(shí)光源光纖束111的數(shù)目要比探測(cè)光纖束112的數(shù)目要多。

當(dāng)檢測(cè)裝置探測(cè)特定孔徑內(nèi)的待測(cè)液時(shí)，通過(guò)改變光源光纖束111和探測(cè)光纖束112的數(shù)目來(lái)形成孔徑樣式的匯聚端截面，同時(shí)兼顧上面兩種情況，最終確定兩種光纖束的數(shù)目和在匯聚端截面上的幾何分布。

本實(shí)用新型的收發(fā)一體全光纖探頭1采用Y型探頭光纖束11、探頭尖端12以及光纖跳線的全光纖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)零度透射光的收發(fā)一體的檢測(cè)功能。結(jié)合單光子探測(cè)技術(shù)和零度后向透射光信號(hào)探測(cè)原理，待測(cè)液濁度與透射光強(qiáng)之間的關(guān)系符合朗伯比爾投射定律的指數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下液體濁度的浸入式檢測(cè)。本實(shí)用新型利用收發(fā)一體全光纖探頭1代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)形器作為零度后向透射光的接收端，實(shí)現(xiàn)小型化全光纖結(jié)構(gòu)探測(cè)。利用光纖的柔韌性、抗干擾性和可延長(zhǎng)性，整個(gè)檢測(cè)裝置具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、狹窄工作環(huán)境空間的檢測(cè)，為移動(dòng)便攜式小型化的水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備提供了技術(shù)保障。

以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。