[发明专利]一种用于质子交换的液位探测夹具

说明书

本发明提供公开一种用于质子交换的液位探测夹具，包括基片卡槽块、夹持杆、导光棒和收发模块,所述夹持杆的下部设有基片卡槽块，所述导光棒设置于夹持杆的内部，所述基导光棒的顶部设有收发模块；所述夹持杆的底端设有底座，所述底座的下方设有底托板，所述底托板上设有用于渗透质子交换液的通孔B。本发明简单可靠，结构新颖，造价成本低，值得进一步推广使用。

技术领域

本发明涉及光电传感器技术领域，具体地涉及到一种用于质子交换的液位探测夹具，主要用于铌酸锂波导芯片制作的质子交换过程及对质子交换液的液位进行报警。

背景技术

多功能集成光学调制器是闭环光纤陀螺的核心器件，目前的主流多功能集成光学调制器是基于质子交换退火工艺的铌酸锂波导调制器。质子交换过程是将铌酸锂基片装载到石英夹具上，先在恒温箱中预热至240℃，然后将芯片从恒温箱中拿出迅速放入到质子交换液中进行质子交换，通过H⁺置换铌酸锂中的Li⁺，提高交换区的TE模折射率同时降低TM模折射率形成单偏振传播区域。经过一定的交换时间后，再将芯片从质子交换液中取出进行退火处理。而目前这种预热方式会引起质子交换液的温度发生较大的波动，且每次温度波动大小受交换开始时铌酸锂基片与交换液之间的温度差影响而不相同，导致所制备的铌酸锂波导芯片的一致性较差。

为了提高所制备的铌酸锂波导芯片的一致性，可以在铌酸锂基片浸没在质子交换液中之前，让石英夹具的底面接触质子交换液进行热传导，铌酸锂基片不接触质子交换液，在液面处停留几分钟后再将铌酸锂基片浸没到质子交换液中进行质子交换，这样可以有效地减小质子交换过程中的温度波动。若要实现上述的利用热传导对基片进行二次预热，则装载铌酸锂基片的夹具需具有液面探测功能。

目前用于液位测量的传感器有很多种，其中浮子液位传感器结构简单，但存在可动部件会使其难以克服液面晃动，不适合动态液位测量；电容式液位传感器成本低，但易受温度、电磁波等外界因素的干扰，且液体上方蒸气的存在可能导致传感器虚警甚至失效；超声波液位传感器安全性能好，可用于高粘度、强腐蚀性液体的测量，但是存在测量盲区，当液面晃动时会误差较大。

随着光纤技术的飞速发展，因其具有较好的电气隔离特性、较强的抗电磁干扰能力、耐腐蚀、耐水等一系列优点，光纤式传感器在液位测量领域应用广泛。在点式光纤液位测量方面，主要有以下几种：基于受抑全内反射的光纤点式液位传感器，当探头处于不同介质时，由于折射率不同，发生全内反射的光量不同，通过测量反射光功率即可知道棱镜是否与液面接触，其关键在于光学折射检测元件结构的设计，检测元件形状有圆锥形、半圆形和三棱镜形；基于菲涅尔反射的光纤点式液位传感器，由于空气与被测液体的折射率不同，折射进入介质总的光量是不同的，被反射回来的光量也不同，通过检测光电探测器检测接收到的反射光量即可判断光纤是否接触到了液面；基于光散射的光纤点式液位传感器，其测量端为楔形，根据楔形端面处有无液体，端面接收到不同光强的信号的传递特性不同，接收光纤的差分信号放大后远大于零，利用探测器及相关电路检测接收光强的大小，即可判断光纤传感器的楔形端面处的传感探头是否接触到液面。

目前的质子交换过程无法实现对温度的精确控制，现有技术中有很多点式液位传感器，但没有和质子交换夹具设计结合在一起的，因此设计一款用于质子交换的液位探测夹具是解决质子交换温度波动大、实现温度精确控制问题的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明为了解决上述不足之处，提出了一种用于质子交换的液位探测夹具，主要用于光纤陀螺用集成光学调制器制造的质子交换液位的探测。

质子交换液是一种苯甲酸和苯甲酸锂的混合熔液，苯甲酸锂含量较少，因此其折射率近似苯甲酸熔液的折射率，根据玻璃-空气界面处和玻璃-苯甲酸熔液液界面处光的反射率不同可得知液位信息。

在空气和质子交换液两种不同介质中，由于两者折射不同，光纤中的反射光功率不同，通过探测反射光功率可实现液位测量。