一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型公開了一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了開拓傳感器的化學(xué)/生物應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)護(hù)理和對環(huán)境的監(jiān)控，各種光學(xué)傳感器正結(jié)合智能手機(jī)被探索，例如已有一種與智能手機(jī)相結(jié)合的測量人體皮膚吸收光譜的光譜儀，也已經(jīng)有了依靠手機(jī)的自適應(yīng)攝像鏡頭來獲取工業(yè)上需進(jìn)行點(diǎn)護(hù)理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。但由于外部光源和一個(gè)自由空間光的光路徑是必需的，到目前為止所研究出的方法都比較龐大。
[0003]甘油在食品、醫(yī)藥、化工領(lǐng)域都有著廣泛的用途。它在用于不同試劑制劑時(shí)，對其濃度有著嚴(yán)格的要求。當(dāng)其濃度不適合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，例如爆炸，而藥用時(shí)若濃度不當(dāng)甚至?xí)?dǎo)致溶血等癥狀。因此，對甘油濃度的檢測非常需要一種實(shí)時(shí)簡便的測量方法。基于單模-細(xì)芯-單模光纖結(jié)構(gòu)的傳感器是利用外界環(huán)境的變化引起干涉譜峰值發(fā)生漂移來測量折射率的儀器，具有例如電磁抗擾性，抗侵蝕，光學(xué)損耗小，高靈敏度和遠(yuǎn)程感應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)甘油濃度變化時(shí)，會(huì)發(fā)生折射率的變化，因此可以用該光纖傳感器進(jìn)行檢測。另一方面通過將基于單模-細(xì)芯-單模的光纖傳感器與智能手機(jī)相結(jié)合，利用智能手機(jī)背面的發(fā)光二極管(LED)和自帶相機(jī)用作光源和檢測器，可在沒有外部棱鏡，光學(xué)透鏡情況下實(shí)現(xiàn)簡單的光耦合，因此可現(xiàn)場監(jiān)控甘油濃度。整套檢測系統(tǒng)具有微型實(shí)時(shí)高效且低成本等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的在于提供一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)。該裝置把單模-細(xì)芯-單模光纖結(jié)構(gòu)集成于智能手機(jī)的背板上，將位于智能手機(jī)背面的發(fā)光二極管和相機(jī)分別用作光源和檢測器，把接觸的不同濃度的甘油溶液的折射率變化轉(zhuǎn)化為光波的變化，通過波長的漂移得出濃度。具有平面化，結(jié)構(gòu)簡單操作方便且低成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)由發(fā)光二極管、輸入單模光纖、細(xì)芯光纖、輸出單模光纖、衍射光柵、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭、手機(jī)背板、樣品槽組成；發(fā)光二極管發(fā)出的光依次經(jīng)過輸入單模光纖、加載有樣品槽的細(xì)芯光纖和輸出單模光纖后發(fā)生馬赫-增特干涉，由衍射光柵入射到智能手機(jī)相機(jī)鏡頭，并在手機(jī)內(nèi)觀察到干涉圖像；當(dāng)甘油溶液滴加入樣品槽至浸沒細(xì)芯光纖時(shí)，通過智能手機(jī)照相功能，得到一張500萬像素尺寸JPEG格式的照片，隨后利用Matlab軟件進(jìn)行處理，將這張透射光的RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰階強(qiáng)度分布圖，從而得到與甘油濃度相關(guān)的干涉光譜圖，利用Matlab軟件可以計(jì)算得到甘油濃度。
[0007]本實(shí)用新型所述的發(fā)光二極管、輸入單模光纖、細(xì)芯光纖、輸出單模光纖、衍射光柵、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭、樣品槽都集成在手機(jī)背板上。
[0008]本實(shí)用新型所述的輸入單模光纖和輸出單模光纖的纖芯直徑是8.2 μπι ;包層直徑為 125 μπι。
[0009]本實(shí)用新型所述的細(xì)芯光纖的長度為2cm ;纖芯直徑為4 μ m ;包層直徑為125 μ m。
[0010]本實(shí)用新型所述的輸入單模光纖與發(fā)光二極管連接的一端以及輸出單模光纖與智能手機(jī)相機(jī)鏡頭連接的一都拋光成45°角。
[0011]本實(shí)用新型所述的衍射光柵是以刻線密度為1200線/毫米的衍射光柵為母光柵，用彈性材料PDMS (聚二甲基硅氧烷)進(jìn)行翻模復(fù)制，得到的透射衍射光柵。
[0012]本實(shí)用新型所述的發(fā)光二極管的波長范圍為1500nm到1600nm，包含光經(jīng)由輸入單模光纖、細(xì)芯光纖和輸出單模光纖形成的馬赫-增特干涉光譜。
[0013]本實(shí)用新型所具有的特點(diǎn)優(yōu)勢為:所述將單模-細(xì)芯-單模光纖結(jié)構(gòu)集成到智能手機(jī)背面，利用智能手機(jī)的高像素成像功能便捷地測量甘油濃度，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所用儀器材料都很普遍，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，并且可在線測量，對甘油濃度進(jìn)行測定，操作簡單，安全可靠。
【附圖說明】
[0014]圖1是單模-細(xì)芯-單模光纖傳感器示意圖:
[0015]圖2是一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)示意圖:
[0016]圖3是單模-細(xì)芯-單模光纖結(jié)構(gòu)的干涉光譜的峰值波長隨著折射率發(fā)生改變的曲線關(guān)系:
[0017]圖4是甘油濃度與折射率的關(guān)系對應(yīng)表。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0019]參見附圖1，圖1是單模-細(xì)芯-單模光纖傳感器示意圖。由單模-細(xì)芯-單模光纖傳感器構(gòu)成的馬赫-增特光纖干涉結(jié)構(gòu)由輸入單模光纖(2)、細(xì)芯光纖(3)和輸出單模光纖⑷利用光纖熔接機(jī)依次連接構(gòu)成，樣品槽⑶加載在細(xì)芯光纖(3)上。不同甘油樣品溶液滴加入樣品槽(8)內(nèi)。每次測量完一種樣品后，需要先滴加足量乙醇溶液，再加入過量蒸餾水對細(xì)芯光纖進(jìn)行清洗，并保證干涉光譜圖回到初始狀態(tài)，方可進(jìn)行下一次測量。
[0020]參見附圖2，圖2是一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)示意圖。其特征在于:由發(fā)光二極管(1)、輸入單模光纖(2)、細(xì)芯光纖(3)、輸出單模光纖(4)、衍射光柵(5)、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭(6)、手機(jī)背板(7)、樣品槽(8)組成；發(fā)光二極管
(1)發(fā)出的光依次經(jīng)過輸入單模光纖(2)、加載有樣品槽(8)的細(xì)芯光纖(3)和輸出單模光纖(4)后發(fā)生馬赫-增特干涉，由衍射光柵(5)入射到智能手機(jī)相機(jī)鏡頭，并在手機(jī)內(nèi)觀察到干涉圖像；當(dāng)將甘油溶液滴加入樣品槽(8)至浸沒細(xì)芯光纖(3)時(shí)，得到一張與甘油濃度相關(guān)的500萬像素尺寸(2592x 1944像素)JPEG格式的照片，隨后利用Matlab軟件進(jìn)行處理，將這張透射光的RGB圖像轉(zhuǎn)化為灰階強(qiáng)度分布圖。由于透射衍射光柵分散光纖傳感器輸出的干涉光，將其轉(zhuǎn)換成線譜，得到的灰階強(qiáng)度分布圖等于光纖傳感器的干涉光譜圖。當(dāng)甘油濃度改變，可得到明顯干涉波長漂移，并使干涉光譜圖發(fā)生改變。最后利用Matlab軟件可以計(jì)算得到甘油濃度。
[0021]參見附圖3，圖3是單模-細(xì)芯-單模光纖結(jié)構(gòu)的干涉光譜的峰值波長隨著折射率發(fā)生改變的曲線關(guān)系。可以看出隨著折射率的增大，干涉條紋的中心波長也逐漸增大，波長和折射率之間存在很好的線性關(guān)系，線性度達(dá)到0.9784。通過這個(gè)線性關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)折射率的測量。
[0022]參見附圖4，圖4是甘油濃度與折射率的關(guān)系對應(yīng)表。因此可以用光纖干涉峰值波長得到折射率，再由這個(gè)對應(yīng)關(guān)系表，轉(zhuǎn)換得到樣品甘油的濃度。
[0023]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地知道，根據(jù)本實(shí)用新型的方法，可以對其他液體具體如氯化鈉溶液等進(jìn)行測試，裝置結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于以上實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:由發(fā)光二極管(1)、輸入單模光纖(2)、細(xì)芯光纖(3)、輸出單模光纖(4)、衍射光柵(5)、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭￠)、手機(jī)背板(7)、樣品槽(8)組成；發(fā)光二極管(1)發(fā)出的光依次經(jīng)過輸入單模光纖(2)、加載有樣品槽(8)的細(xì)芯光纖(3)和輸出單模光纖(4)后發(fā)生馬赫-增特干涉，由衍射光柵(5)入射到智能手機(jī)相機(jī)鏡頭，并在手機(jī)內(nèi)觀察到干涉圖像；當(dāng)將甘油溶液滴加入樣品槽(8)至浸沒細(xì)芯光纖(3)時(shí)，會(huì)得到與甘油濃度相關(guān)的干涉光譜圖，利用Mat lab軟件可以計(jì)算得到甘油濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)光二極管(1)、輸入單模光纖(2)、細(xì)芯光纖(3)、輸出單模光纖(4)、衍射光柵(5)、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭(6)、樣品槽⑶都集成在手機(jī)背板(7)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:輸入單模光纖(2)和輸出單模光纖(4)的纖芯直徑是8.2 μπι ;包層直徑為 125 μmD4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:細(xì)芯光纖(3)的長度為2cm ;纖芯直徑為4 μ m，包層直徑為125 μ m。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:輸入單模光纖(2)與發(fā)光二極管(1)連接的一端以及輸出單模光纖(3)與智能手機(jī)相機(jī)鏡頭(6)連接的一端都拋光成45°角。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)光二極管⑴的波長范圍為1500nm到1600nm，包含光經(jīng)由輸入單模光纖(2)、細(xì)芯光纖(3)和輸出單模光纖⑷形成的馬赫-增特干涉光譜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于:衍射光柵(5)是以刻線密度為1200線/毫米的衍射光柵為母光柵，用聚二甲基硅氧烷進(jìn)行翻模復(fù)制，得到的透射衍射光柵。
【專利摘要】一種結(jié)合智能手機(jī)和單模-細(xì)芯-單模光纖的甘油濃度檢測系統(tǒng)，由發(fā)光二極管、輸入單模光纖、細(xì)芯光纖、輸出單模光纖、衍射光柵、智能手機(jī)相機(jī)鏡頭、手機(jī)背板、樣品槽組成。發(fā)光二極管發(fā)出的光依次經(jīng)過輸入單模光纖、加載有樣品槽的細(xì)芯光纖和輸出單模光纖后發(fā)生馬赫-增特干涉，由衍射光柵入射到智能手機(jī)相機(jī)鏡頭，并在手機(jī)內(nèi)觀察到干涉圖像；當(dāng)甘油溶液滴加入樣品槽時(shí)，通過手機(jī)照相功能，得到一張JPEG格式照片，再利用Matlab軟件將其轉(zhuǎn)化為灰階強(qiáng)度分布圖，從而得到干涉光譜圖，計(jì)算得到甘油濃度。裝置將光纖傳感結(jié)構(gòu)集成到智能手機(jī)背面，利用智能手機(jī)的高像素成像功能便捷地測量甘油濃度，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，可實(shí)現(xiàn)在線測量等優(yōu)勢。
【IPC分類】G01N21/45
【公開號(hào)】CN205091262
【申請?zhí)枴緾N201520775183
【發(fā)明人】陸洋, 郎婷婷, 卞繼城
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年9月30日