專利名稱：液體濃度檢測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬光學(xué)傳感器類，具體地說是一種新的液體濃度檢測傳感器。
在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥、化工、食品。糖業(yè)等各方面，對(duì)于液體濃度寬范圍的檢測，有著迫切的要求，希望出現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單，檢測傳感可靠，易于工業(yè)生產(chǎn)制作，工藝加工簡便，成本較低的新型液體濃度檢測傳感器。
然而，現(xiàn)有的傳感器不能實(shí)現(xiàn)上述要求。雖然發(fā)明人在發(fā)明專利《具有反射型光纖傳感器的折射率測試系統(tǒng)》(專利號(hào)85100867)中提出的測試原理和本實(shí)用新型的工作原理一致，但其所涉及的傳感器結(jié)構(gòu)不規(guī)范，工藝加工，裝配制作復(fù)雜，且在功能上，測試動(dòng)態(tài)范圍窄，抗腐蝕，耐高溫方面，均存在弱點(diǎn)。
本實(shí)用新型在利用光學(xué)折射測試原理基礎(chǔ)上，提出一種新型的液體濃度檢測傳感器，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)范，工藝加工制作方便，成本低廉，在測試功能上，檢測動(dòng)態(tài)范圍寬，易于實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，寬溫度測量范圍測試，易于實(shí)現(xiàn)在具有腐蝕性的惡劣環(huán)境中使用。
本實(shí)用新型由專用光學(xué)傳感棱鏡，光纖傳輸光發(fā)射器，光纖傳輸光接收器，傳感器裝架基座，傳感器外殼組成。其中專用光學(xué)傳感棱鏡采用光學(xué)玻璃或人造寶石晶體等光折射率η為1.5－4.5之間的光學(xué)介質(zhì)材料制作成具有上、下兩個(gè)對(duì)稱平行面，左右兩個(gè)對(duì)稱傾角梯形光學(xué)敏感面，其下沿四周具有略突出的周棱，以利棱鏡與裝架基座、外殼體裝配固定及密封。光纖傳輸光發(fā)射器由微型固體光源、石英光纖或玻璃光纖束或塑料光纖傳輸線、平行光轉(zhuǎn)換器串聯(lián)構(gòu)成、微型固體光源可由可見光、近紅外光半導(dǎo)體發(fā)光器件加工組裝使出光面準(zhǔn)直于光纖傳輸線尾部形成。光纖傳輸線的直徑及長度根據(jù)實(shí)際需要確定。平行光轉(zhuǎn)換器可由棒形光學(xué)玻璃自聚焦透鏡加工裝配于光纖傳輸線頭部而形成，也可采用光學(xué)玻璃或人造寶石球透鏡裝配在光纖傳輸線頭部形成。光纖傳輸光接收器由微型固體光探測器，石英光纖或玻璃光纖束或塑料光纖傳輸線，聚光轉(zhuǎn)換器串聯(lián)構(gòu)成。微型固體光探測器由半導(dǎo)體光探測器件加工組裝使光接收面準(zhǔn)直于光纖傳輸線尾端構(gòu)成。光纖傳輸線的直徑及長度根據(jù)實(shí)際需要確定。聚光轉(zhuǎn)換器可由棒形光學(xué)玻璃自聚焦透鏡串接于光纖傳輸線頭部而形成，也可采用光學(xué)玻璃或?qū)毷蛲哥R裝配固定在光纖傳輸線頭部形成。傳感器裝架基座采用金屬或塑料或陶瓷材料制成園柱形，其柱形的端面嚴(yán)格垂直于柱高，且有兩對(duì)稱孔嚴(yán)格垂直并穿通其兩端面。兩孔直徑和光纖傳輸線頭部直徑相匹配。傳感器外殼由金屬或塑料材料制作成園筒狀，分殼體，殼蓋兩部分，殼體的內(nèi)徑和傳感器裝架基座的外徑相匹配，殼蓋由螺紋和殼體相配合，起到對(duì)傳感器的密封，固定成一體的作用。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖圖2是本實(shí)用新型專用光學(xué)傳感棱鏡的示意圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)例作進(jìn)一步描述。
液體濃度檢測傳感器由專用光學(xué)傳感棱鏡(1)，光纖傳輸光發(fā)射器(2)(3)(4)，光纖傳輸光接收器(5)(6)(7)，傳感器裝架基座(8)，傳感器外殼(9)(10)組成。專用光學(xué)傳感棱鏡(1)由光折射率η大于1.74的人造寶石晶體園柱材料研磨成具有上、下兩個(gè)對(duì)稱平行面，左、右兩個(gè)對(duì)稱傾角光學(xué)敏感面的園柱梯形。圖2為專用光學(xué)傳感棱鏡的示意圖，其下平行面為光線入射面和出射面，上平行面為全反射光路調(diào)整面，該平行面蒸鍍一金屬或介質(zhì)全反射膜。由對(duì)稱角度α決定的梯形側(cè)面為光學(xué)敏感面。根據(jù)要求檢測的液體濃度對(duì)應(yīng)的光折射率的范圍，決定α角度在20°－65°范圍內(nèi)選擇。光纖傳輸光發(fā)射器由微型固體光源(2)，石英光纖傳輸線(3)，平行光轉(zhuǎn)換器(4)串聯(lián)組成。微型固體光源由GaAs／GaALAs發(fā)光二極管加工組裝使其出光面準(zhǔn)直于光纖傳輸線尾部形成，發(fā)光波長0.85－0.9μm。石英光纖傳輸線芯直徑為Φ100μm－Φ200μm，長度為1米－5米。平行光轉(zhuǎn)換器采用人造寶石球透鏡組裝固定于光纖傳輸線頭部形成。光纖傳輸光接收器由微型固體光探測器(5)，石英光纖傳輸線(6)，聚光轉(zhuǎn)換器(7)串聯(lián)而成。微型固體光探測器為硅PIN光電二極管專門加工組裝使其受光面垂直于光纖傳輸線尾部出光端形成。石英光纖傳輸線直徑為Φ100μm－Φ200μm，長度為1米－5米。聚光轉(zhuǎn)換器采用人造寶石球透鏡固定組裝于光纖傳輸線頭部形成。傳感器裝架基座用鋁合金材料加工成園柱形，穿通兩平行端面的兩個(gè)對(duì)稱的園孔用來按裝光發(fā)射端和光接收端子。傳感器外殼為殼體(9)和殼蓋(10)用不銹鋼材制作成園筒形，其內(nèi)徑與傳感器裝架基座的外徑相匹配，殼蓋與殼體由螺紋旋動(dòng)連接。
本實(shí)用新型的基本工作原理和過程是，對(duì)微型固體光發(fā)射器施加20－50mA的直流電流，產(chǎn)生一定強(qiáng)度的近紅外光，經(jīng)光纖傳輸線和平行光轉(zhuǎn)換器變成平行光，該平行光垂直入射專用光學(xué)傳感棱鏡的下平行面，以和側(cè)向光學(xué)敏感面的法線呈α角度入射光學(xué)敏感面后，沿α角度反射出，以和上平行面全反射光路調(diào)整面法線呈α1角度入射并反射出，然后又以和第二個(gè)側(cè)向光學(xué)敏感面法線呈α角度再次入射第二側(cè)向光學(xué)敏感面并垂直下平行面反射出，直接經(jīng)聚光轉(zhuǎn)換器饋入光纖傳輸線，被微型固態(tài)光探測器接收。實(shí)際檢側(cè)液體濃度時(shí)，傳感器光學(xué)敏感面浸入液面內(nèi)，液體濃度不同時(shí)，其折射率不同，導(dǎo)致反射光強(qiáng)發(fā)生變化，從而有效檢測液體濃度，實(shí)現(xiàn)傳感檢測之功效。
權(quán)利要求1.由專用光學(xué)傳感棱鏡(1)，光纖傳輸光發(fā)射器(2)(3)(4)，光纖傳輸光接收器(5)(6)(7)，傳感器裝架基座(8)，傳感器外殼(9)(10)組合而成的新型液體濃度檢測傳感器，其特征在于其專用光學(xué)傳感棱鏡具有對(duì)稱傾角為α的兩個(gè)光學(xué)敏感面和一個(gè)蒸鍍?nèi)瓷浣橘|(zhì)或金屬膜的全反射光路調(diào)整面。
2.如權(quán)利要求1所述的新型液體濃度檢測傳感器，其特征在于專用光學(xué)棱鏡采用光學(xué)玻璃或人造寶石晶體光折射率η為1.5－4.5之間的光學(xué)介質(zhì)材料制作而成，其光學(xué)敏感面的傾角α(與下平行面的夾角)為20°－65°之間。
3.如權(quán)利要求1所述的新型液體濃度檢測傳感器，其特征在于光纖傳輸光發(fā)射器由微型固體發(fā)光源，光纖傳輸線，平行光轉(zhuǎn)換器串聯(lián)組裝加工成不可拆卸的一體。光纖傳輸光接收器由微型固體光探測器，光纖傳輸線，聚光轉(zhuǎn)換器串聯(lián)組裝加工成不可拆卸的一體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型光學(xué)傳感器，具體地說是一種液體濃度檢測傳感器。其要點(diǎn)在于由專用光學(xué)傳感棱鏡，光纖傳輸發(fā)射器，光纖傳輸光接收器，傳感器裝架基座，傳感器外殼組合而成。其特征在于規(guī)范化設(shè)計(jì)的專用光學(xué)傳感棱鏡引入一個(gè)全反射光路調(diào)整面，使這種液體濃度檢測傳感器結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)范，工藝加工制作方便，成本低廉，功能完善。
文檔編號(hào)G01D5/26GK2067830SQ9021159
公開日1990年12月19日 申請(qǐng)日期1990年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月7日
發(fā)明者楊淑雯, 朱明程, 馬君顯, 王幼華 申請(qǐng)人:楊淑雯, 朱明程, 馬君顯, 王幼華