一种光纤式激光液体浊度测量装置及测量方法

摘要

一种光纤式激光液体浊度测量装置及测量方法，包括激光器、光纤、光纤环行器、光纤准直器、光电探测器及信号解调和处理系统构成，在测量系统中采用光纤环行器和准直器的全光纤结构，基于后向散射光测量原理，即液体的浊度同散射光强的增加呈单调性关系，实现远距离、狭小空间及其他复杂环境下液体浊度的准确在线测量。本发明结构简单、易于实现、稳定性和灵敏度高，有效地提高了液体浊度测量系统的实用性、安全性，为进行长期在线水质监测提供了技术保障。

主权项

一种光纤式激光液体浊度测量装置，其特征在于：采用光纤环行器和准直器的全光纤结构，包括单片机（1）、激光器调制模块（2）、激光器（3）、第一光纤（4）、三端口光纤环行器（5）、光纤准直器（6）、第二光纤（7）、光电探测器（8）、信号放大和解调模块（9）；所述激光器调制模块（2）对激光器（3）进行光强调制，以避免外界杂散光及环境变化对信号的干扰，调制后的激光经第一光纤（4）传输到三端口光纤环行器（5）的第一端口，然后从三端口光纤环行器（5）的第二端口输出到光纤准直器（6），自光纤准直器（6）出射的光入射到待测液体样品上，经过待测液体样品内颗粒物散射后的部分后向散射光反馈回光纤准直器（6），即光纤准直器（6）同时作为激光输入和信号光接收器件，在提高散射光的耦合效率的同时也避免了分立探测结构对环境变化的高敏感性，并体现出体积小且无需供电的优势，散射光经光纤准直器（6）从三端口光纤环行器（5）的第三端口输出，有效分离输入光和信号光并避免后向散射光非线性效应引起信号频谱的变化，从三端口光纤环行器（5）的第三端口输出的散射光耦合到第二光纤（7），然后由光电探测器（8）将光信号转化为电信号，电信号由信号放大和解调模块（9）处理后送至单片机（1），由单片机（1）得到解调后的信号电压幅值，将单片机（1）所得的信号幅值与标准浊度和电压幅值变化关系比对，得出液体浊度信息； 所述标准浊度和电压幅值变化关系由以下过程得到：将光纤准直器（6）分别放入6组以上不同浊度的标准福尔马荆标准液，由信号放大和解调模块（9）处理后得到对应的信号电压幅值，分别将测量到的电压值和标准浊度值作为纵横坐标，画出信号电压幅值与浊度变化关系曲线，对测量到的数据进行线性拟合： Y=A+B*X 其中，Y代表信号电压幅值，X代表浊度值，A和B分别为线性拟合参数；采用最小二乘法进行线性拟合后得到参数A和B的值，并画出拟合曲线，即标准浊度和电压幅值变化关系；当拟合曲线与测量值的误差超过2%时，改用三次拟合方程： Y=A+B1*X+B2*X2+B3*X3采用最小二乘法进行线性拟合后得到参数A、B1、B2、B3的值，并画出拟合曲线，即标准浊度和电压幅值变化关系。