调制式光纤理化检测仪的研制

　　1　引　　言

　　随着经济的发展,环境问题越来越受到人们的关注。水是人类赖以生存的物质基础,水质的好坏直接关系到人类的生存和健康。另外,饮料(如酒类)和 食品的质量优劣与人们的健康息息相关。因此,研制和开发便携式用于水质、饮料和食品理化指标的检测仪是迫切需要解决的课题。传统的光谱仪器,如各种类型的 分光光度计,由于结构庞大,无法适应现场检测的要求。本课题所研制的调制式光纤理化检测仪,采用光纤传感探头、全微机化操作、体积小、便于携带,非常适于 现场分析。

　　2　工作原理

　　由图1,光源发出的光经滤光片和调制盘调制后,变为脉冲单色光,其强度Φλ为

　　式中Φλ0——未经调制的单色光;ω——调制频率。光探测器接收的光由两部分组成,其一为脉冲单色光经反射后两次通过被测试样的信号光ΦS;其二是未经调制直接进入光纤探头的干扰光Φn。故有

　　Φs为

　　式中,k——比例常数;c——被测试样浓度;l——被测试样有效长度。

　　将(1)和(3)代入(2)可得

　　设光探测器光电流灵敏度为SI,则光探测器输出光电流I～p为

　　杂散光为稳恒光或缓慢变化的光,由于电容的隔直作用,可滤除杂散光以及脉冲光中的直流分量。得到信号光电流I～S为

　　式中,Rf—I/U转换电路反馈电阻;kv—电压放大倍数。

　　将探头置于空白液中,此时c=0,调整Kv,使u0=1,由上式可得

　　由于k、l为结构常数,因此,被测样品浓度与输出直流电压对数成正比;而输出电压中不含杂散光干扰成分。式(6)即为调制式光纤理化检测仪的工作原理。

　　3　光纤探头设计

　　图2表示光纤探头的结构。光源发出的光经由入射光纤照射到被测样品上,由于反射镜的反射作用,光线两次通过试样,光线在试样中的光程为2l。由 式(5)可知,当浓度一定时,l越大,光信号衰减越大,仪器灵敏度越高。因此,采用反射镜结构,当仪器灵敏度一定时,减小了探头的尺寸;同时也使探头结构 紧凑。为了减小入射光对出射光的干扰,光纤束采用分叉式结构,即入射光纤和出射光纤采用不同的光纤束。为使试样能自由地进入光敏感区,在探头两侧对称地开 出两个试样进出口。由于采用脉冲光,光纤探头不必加屏蔽罩即可正常工作,这样既可使结构简单,又可方便操作。

　　4　总体结构