一種基于光纖f?p腔的微流速光學測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于光纖F?P腔的微流速光學測量裝置，整個裝置由寬帶光源、光纖環(huán)形器、由一截空芯光纖形成的傳感探頭和光譜儀構成；當待測微流體流經(jīng)空芯光纖時，空芯光纖的毛細效應和微流體壓力的共同作用，使得空芯光纖中的空氣受到擠壓，形成光纖F?P腔；光纖F?P腔的長度會隨著微流體流速的不同而變化，最終導致輸出光譜的變化，通過光譜的變化可以得出微流速的變化；本實用新型的優(yōu)點在于：僅通過監(jiān)控光譜變化就可以實現(xiàn)對微流速的測量，該方法結構簡單、操作方便、可用于諸如組織液、生命體等微流體的流速測量。
【專利說明】
-種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于光纖傳感領域和微流速測量領域，具體設及到一種基于光纖F-P 腔的微流速光學測量裝置。該測量裝置結構簡單、成本低、操作方便，可實現(xiàn)對組織液、生命 體等微流體流速進行實時連續(xù)的測量。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著生物、化學、材料等學科的飛速發(fā)展，經(jīng)常需要對微流體的流速進行 控制，微流體流速檢測技術作為科學技術的一項關鍵支撐技術得到了人們越來越多的關 注。
[0003] 常見微流速的測量方法包括稱重法和移液管體積法，該類方法是在微流體每流經(jīng) 一個刻度體積時計時一次，一次實驗取若干個刻度點，平行測量若干次，取其平均流速。上 述測量方法應用范圍廣，但系統(tǒng)測量誤差較大、靈敏度較低，且易受外界環(huán)境(如風速、濕度 等)的影響，特別的，該類方法對組織液、生命體等微流體方面的微流速測量精度差，因而在 實際微流速測量應用中受到較大的限制。
[0004] 為了解決傳統(tǒng)微流速測量的誤差較大、靈敏度較低等缺點，本實用新型提出了一 種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，采用空忍光纖結合被測液體構成的光纖F-P腔， 利用光纖F-P腔的長度隨微流體流速的不同而變化的特征，通過監(jiān)控輸出光譜的變化來達 到微流體流速的測量。該裝置精度高、響應快、結構簡單、成本低、可長期重復使用，非常適 合對組織液、微生物和生命體等微流速方面的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是提供了一種結構簡單、成本低、操作方便的基于光纖F-P腔微 流速光學測量裝置。
[0006] 本實用新型的采用的技術方案為：
[0007] -種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，其特征是包括寬帶光源，光纖環(huán)形 器，傳感光纖，傳感探頭，光譜儀;寬帶光源的輸出端與光纖環(huán)形器的輸入端相連，光纖環(huán)形 器的第一輸出端與傳輸光纖相連，傳輸光纖與傳感探頭相連，光纖環(huán)形器的第二輸出端與 光譜儀的輸入端相連。
[000引本實用新型所述的寬帶光源的工作波長為1520nm-1570nm，空忍光纖的內(nèi)徑為 IOum，長度為1~10mm。
[0009]本實用新型的工作原理是：寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖環(huán)形器后進入到傳輸光 纖，再經(jīng)由空忍光纖構成的微流速傳感探頭進行多次干設，干設后的光譜通過傳輸光纖和 光纖環(huán)形器后進入光譜儀顯示。上述的傳感探頭，其特征是傳輸光纖的末端連接一截空忍 光纖，當微流體流經(jīng)空忍光纖時，空忍光纖的毛細效應和微流體壓力的共同作用，使得空忍 光纖中的空氣受到擠壓，形成光纖F-P腔。光纖F-P腔的長度會隨著微流體流速的不同而變 化，最終導致輸出光譜的變化，通過光譜的變化可W測量出微流體的流速。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0011] 本實用新型僅僅通過普通的單模光纖和空忍光纖組成的傳感頭就可W實現(xiàn)微流 體流速的測量，避免了傳統(tǒng)測量中由于數(shù)據(jù)處理帶來的誤差積累等缺點。
[0012] 與傳統(tǒng)微流速測量方法相比，本實用新型更適用于組織液、生命體等微流體流速 的測量，且測量精度高、結構簡單、操作方便、成本低。
【附圖說明】

[0013] 圖1是一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014] W下結合附圖與具體實施方案對本實用新型作進一步的描述：
[0015] 參見圖1所示，一種基于光纖F-P腔的微流體流速光學測量裝置，包括寬帶光源1， 光纖環(huán)形器2,傳感光纖3, 一截空忍光纖形成的傳感探頭4和光譜儀5。寬帶光源1的輸出端 與光纖環(huán)形器2的輸入端相連，光纖環(huán)形器2的第一輸出端與傳輸光纖3相連，傳輸光纖3與 傳感探頭4相連，光纖環(huán)形器2的第二輸出端與光譜儀5的輸入端相連。
[0016] 上述的傳感探頭4,其特征是單模光纖末端連接一截空忍光纖，當微流體通過空忍 光纖，擠壓空忍光纖中的空氣，形成一個光纖F-P腔。當微流體的流速不同時，空忍光纖內(nèi)部 空氣所受壓力不同，光纖F-P腔的長度也會隨之變化，即通過對輸出干設譜的檢測，可得微 流速的變化。
[0017] 本實用新型基于W下原理：
[0018] 由理想氣體狀態(tài)方程可知，光纖F-P腔中的空氣壓強P巧可表示為：
[0019]
(1)
[0020] 其中，V = Jir2L為光纖F-P腔中空氣的體積，L為光纖F-P腔的長度，n為空氣物質(zhì)的 量，T為理想空氣的熱力學溫度，R為理想氣體常數(shù)。
[0021] 當微流體W-定微流速通過空忍光纖時，其產(chǎn)生的壓強Pt?遵循流體機械能守恒 定律，公式表示如下：
[0022]
(2)
[0023] 其中，W為微流體的速度，P為微流體密度，g為重力加速度，C為常數(shù)。
[0024] 當光纖F-P腔內(nèi)的空氣達到動態(tài)平衡時，即P巧=Pr曲淋，可計算出光纖F-P腔長度與 微流體速度的關系如下：
(3)
[0025]
[0026] 由光纖F-P腔的干設原理可知，輸出光譜的干設條紋間距為：
[0027]
(4)
[0028] 將(3)帶入(4)，并對公式(4)進行微分，可W得到微流速變化與光纖F-P腔干設譜 的關系如下：
[0029]
(5)
[0030] 通過公式(5)可知，監(jiān)控干設譜的變化可W反推出被測微流體的流速。
【主權項】
1. 一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，其特征是包括寬帶光源（1)、光纖環(huán)形 器(2)、傳輸光纖(3)、一截空芯光纖形成的傳感探頭(4)和光譜儀(5);寬帶光源（1)的輸出 端與光纖環(huán)形器(2)的輸入端相連，光纖環(huán)形器(2)的第一輸出端與傳輸光纖(3)相連，傳輸 光纖(3)與傳感探頭(4)相連，光纖環(huán)形器(2)的第二輸出端與光譜儀(5)的輸入端相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，其特征是寬帶光 源的工作波長為1520nm-1570nm〇3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖F-P腔的微流速光學測量裝置，其特征是空芯光 纖的內(nèi)徑為l〇um，長度為1~10mm〇
【文檔編號】G01P5/26GK205720298SQ201620647175
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】王小蕾, 康娟, 程峰, 程一峰, 周曉影
【申請人】中國計量大學