[实用新型]一种检测透明液体断流的光纤探头

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种检测液体断流的光电检测装置，尤其是能非接触地检测透明液体断流的光纤探头。

背景技术

目前，公知的液体断流的检测方法，通常是使用内置放大器的小型光电传感器或对射式光纤，直接将其浸入液体中或是置于透明容器或透明管道的外面，根据液体的透光度变化来识别。对于直径较大的不透明容器或管道中的液体，也可采用外部安装超声波传感器的方法检测其是否断流。

在生物工程和医疗行业，如血液处理和细胞分离的作业中，大量使用一次性透明软管输送透明液体，输送过程中需要对软管中透明液体的中断或终止进行在线检测，以实现清洗分离作业的自动控制。中国专利CN93209391.4介绍了一种测量透明容器或透明管道中透明液体液位的光电传感器，它由一个光束发生器和一个光束接受器组成，光束以倾斜的方式射入容器，利用光在不同介质中的不同折射特性，达到测量液位的目的。我们曾试图参照该方法直接使用市售的小型光电传感器或光纤探头，采用直接外部安装的方式进行检测。在对射检测时，由于透明软管的外径一般较小，穿越软管内被测液体的光路较短，使得被测液体与断流的透明软管的透射对比度较小；而反射检测时穿越被测液体的透射光被软管内壁二次反射，使得其与断流的透明软管内壁的反射光对比度较小；检测中易受周围环境光干扰，难以对高透明液体的中断或终止进行确定的检测；由于透明软管极易变形，难以方便准确的安装定位，光路不宜校准，不能保障稳定可靠的进行检测；检测装置体积庞大，安装使用不便。

发明内容

为了克服现有检测方法的不足，本实用新型提供了一种新型的检测透明液体断流的光纤探头，该光纤探头将光纤端头、透明连接管和光纤定位座集成在一起，只需将透明连接管简单的接入输送被测液体的管路，光纤的另一端与光纤放大器的光纤插孔相连，即可根据光在不同介质中的折射率改变，利用反射检测的方法，精确识别软管中充满透明液体或是空气的细微变化，达到检测透明液体的中断或终止的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该光纤探头由两根光纤、两端带有软管插口的透明连接管、以及固定光纤端头和透明连接管的光纤定位座构成；透明连接管的中部固定在光纤定位座的中央，光纤定位座与透明连接管的管壁紧密接触；两根光纤端头的轴线相交为锐角，封装在光纤定位座中透明连接管的一侧，且被不透明的光纤定位座互相隔离。

该技术方案的工作原理是：透明连接管的两端插入软管，光纤的另一端与光纤放大器的光纤插孔相连；当软管内充满透明液体时，由光纤放大器的光源发出的发射光，经发光光纤传输到发光光纤头，穿过透明连接管管壁，进入管中的被测液体，并穿过被测液体，再次穿过另一侧管壁，透射光被与管壁紧密接触的光纤定位座吸收，受光光纤头不能接收到发射光，光纤放大器的接收器无信号输出；当透明连接管内透明液体中断或终止时，软管内充满空气，由光纤放大器的光源发出的发射光，经发光光纤传输到发光光纤头，进入透明连接管管壁，由于管壁材料的折射率大于管内空气的折射率，发射光在连接管的内壁与空气的界面处形成反射，反射光折返穿过连接管管壁，由邻近的受光光纤头接收，接收光经受光光纤传输到光纤放大器的接收器，输出断流信号。

在上述光纤探头中，两根光纤的端头封装在光纤定位座中心与透明连接管的轴线垂直的平面上，两光纤光束中心线的交点位于透明连接管内壁的弧面上或是管内。两光束的夹角，由光纤光束的扩散角、管壁厚度、光纤端头到透明连接管外壁的距离等因素决定。由于一般光纤的光束扩散角大约为40～60°，所以本实用新型中光纤夹角在20～90°都可以达到较好的效果。这样设计的光束光路，使得发光光纤并不与透明连接管外壁的弧面垂直，照射到外壁表面的反射光不直接进入受光光纤，受光光纤主要接受来自内壁表面的反射光。

为了提高了检测准确度，需尽可能增大断流时透明连接管内壁表面的反射光强，减弱充满透明液体时在透明连接管外壁表面形成的二次反射光强。在探头的结构设计时，设法将透明连接管的截面由简单的圆形变为扁圆形或椭圆形，使进入被测液体的透射光路不具对称性，则是最为有效的方法。实际测量表明：当透明连接管的截面变为扁圆形后的长短直径比为0.8～0.5时，相同周长的透明连接管中二次反射光强可减少约20～50％。由于该光路有效的增大了反射光强和二次反射光强的对比度，提高了检测准确度，这样采用市售的分辨率较低的光纤放大器就可以收到较好的检测效果。