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原文传递一种基于光纤干涉的折射率测量系统及方法

专利名称：	一种基于光纤干涉的折射率测量系统及方法
摘要：	本发明具体涉及一种基于光纤干涉的折射率测量系统及方法，用于透明气体、液体的折射率实时监测，解决现有空气折射率测量方法，或者是难以准确获得折射率的绝对测量值，或者是步骤较为复杂、光路调整过程繁琐、容易受到振动干扰，且动态响应速度较低的技术问题。该基于光纤干涉的折射率测量系统包括可调谐光纤激光器、第一光纤耦合器、发射探头、接收探头、衰减器、第二光纤耦合器、光电转换器和记录设备；第一光纤耦合器用于将可调谐光纤激光器出射的光信号分为两路，其中一路输入发射探头，另一路输入衰减器；第二光纤耦合器的输入端与衰减器的输出端和接收探头的输出端连接。本发明方法可靠性高，且响应时间快可达到0.2ms；本发明方法能够完成多种场景下的折射率监测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北核技术研究所
发明人：	王昭;杨军;吴祖堂;张德志;刘文祥;史国凯;陈斌;李进;张敏
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-04T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202310978669.7
公开号：	CN117007557A
代理机构：	西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：	杨引雪
分类号：	G01N21/45;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/45
申请人地址：	710024 陕西省西安市灞桥区平峪路28号
主权项：	1.一种基于光纤干涉的折射率测量系统，其特征在于：包括可调谐光纤激光器(1)、与可调谐光纤激光器(1)连接的第一光纤耦合器(2)、与第一光纤耦合器(2)连接的发射探头(3)和衰减器(5)、与发射探头(3)相对设置的接收探头(4)、第二光纤耦合器(6)、与第二光纤耦合器(6)连接的光电转换器(7)，以及与光电转换器(7)连接的记录设备；所述可调谐光纤激光器(1)用于提供频率周期变化，且可干涉的光信号；所述第一光纤耦合器(2)用于将可调谐光纤激光器(1)出射的光信号分为两路，其中一路输入发射探头(3)，另一路输入衰减器(5)；所述第二光纤耦合器(6)的输入端分别与接收探头(4)的输出端和衰减器(5)的输出端连接；所述接收探头(4)用于接收发射探头(3)出射的含有折射率信息的干涉信号，并将其输入第二光纤耦合器(6)；所述衰减器(5)用于衰减光信号的光强；所述第二光纤耦合器(6)用于将干涉信号和衰减后的光信号耦合后输出敏感信号；所述光电转换器(7)用于将敏感信号转换为电信号；所述记录设备用于记录并存储电信号。 2.根据权利要求1所述的一种基于光纤干涉的折射率测量系统，其特征在于：还包括用于设置发射探头(3)与接收探头(4)的支架。 3.根据权利要求2所述的一种基于光纤干涉的折射率测量系统，其特征在于：所述可调谐光纤激光器(1)的中心波长为1550nm，扫频周期为5kHz，扫频宽度为10GHz；所述发射探头(3)与接收探头(4)的间距L取值为200mm；所述光电转换器(7)的响应频率为DC～200MHz；所述记录设备为信号记录仪。 4.一种基于光纤干涉的折射率测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)搭建权利要求1-3任一所述的基于光纤干涉的折射率测量系统； 2)设置发射探头(3)及与接收探头(4)之间的距离，将发射探头(3)及与接收探头(4)作为测量臂，将衰减器(5)作为参考臂； 3)打开可调谐光纤激光器(1),设置可调谐光纤激光器(1)的扫描周期； 4)获取初始条件下扫描周期内测量臂与参考臂的相位差变化量和折射率n1； 5)在扫描周期内测量待测区域内干涉信号的相位差变化量根据相位差变化量与折射率之间成正比例的关系，计算待测区域内的折射率n2。 5.根据权利要求4所述的一种基于光纤干涉的折射率测量方法，其特征在于，步骤4)具体为： 4.1、记录初始条件下的环境参数，所述环境参数包括温度和压力，并利用Edlén公式计算初始条件下的折射率n1； 4.2、测量扫描周期内初始条件下测量臂与参考臂之间的相位差变化量式中：L为发射探头与接收探头之间的距离，λ1为测量臂与参考臂之间的相位差对应的工作波长，λ2为测量臂与参考臂之间的相位差/>对应的工作波长。 6.根据权利要求4所述的一种基于光纤干涉的折射率测量方法，其特征在于，步骤5)具体为： 5.1、测量扫描周期内待测区域的测量臂与参考臂之间的相位差变化量 5.2、由步骤4.2中的可知相位差变化量与折射率之间成正比例关系： 5.3、通过步骤5.2中所得的相位差变化量与折射率之间成正比例的关系，求待测区域内干涉信号的折射率n2。 7.根据权利要求6所述的一种基于光纤干涉的折射率测量方法，其特征在于：步骤3)中，所述可调谐光纤激光器(1)的扫描周期为5kHz。 8.根据权利要求7所述的一种基于光纤干涉的折射率测量方法，其特征在于：步骤4.1中，所述初始时条件为常温常压。
所属类别：	发明专利