(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013411.5 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号 申请人 滁州怡然传感技 术研究院有限公司 (72)发明人 章伟　路珊珊　胡雪峰　张子贤　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测 方法及检测装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于空芯光纤的多通道 溶液浓度检测方法及检测装置， 检测方法包括以 下步骤： S1， 打开光源； S2， 光线进入分叉光纤， 同 等光量的光线进入空芯光纤通道内； S3， 打开参 考通道的转换阀门， 光线进入光学分光机构得到 参考光谱； 打开待测通道的转换阀门， 得到待测 光谱； 断开所有转换阀门记录暗光谱； S4， 通过吸 光度计算得到其吸收光谱， 确定待测溶液的种类 和溶液浓度； 通过该装置同时实现多种溶液的检 测， 提高检测效率， 且该装置需溶液量极少， 并令 吸收光程大大增加， 提高了检测的灵敏度， 降低 了溶液浓度的检测下限， 保证溶液在低浓度下也 能正常得出光谱数据。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115290587 A 2022.11.04 CN 115290587 A 1.一种基于空芯光纤的多通道溶 液浓度检测方法， 包括以下步骤： S1， 打开光源； S2， 光线进入光纤通道内； S3， 光线被光纤中的溶 液吸收后， 进入光学分光机构， 得到该 溶液对应光谱； S4， 光谱通过PC上位机得到吸 收光谱图； 其特征在于， 所述步骤S2中， 光线通过分叉光纤分成若干同等亮度的光线， 光线经过光纤准直镜后 进入空芯光纤通道内； 所述步骤S3具体包括以下步骤: S31， 蠕动泵将不同的待测溶 液分别注入待测通道中， 将去离 子水注入至参 考通道中； S32， 打开参考通道的转换阀门， 空芯光纤内的光线通过光学分光机构， 得到参考光谱 I0； S33， 关闭参考通道的转换阀门， 打开待测通道的转换阀门， 空芯光纤内的光线通过光 学分光机构， 待测光谱I； S34， 断开所有转换阀门， 得到暗光谱Id； 所述步骤S4具体包括以下步骤: S41， 待测溶 液的吸光度 得到其吸 收光谱f(xi)， 其中i为待测溶 液的个数； S42， 通过PC上位机显示其吸收光谱示意图， 根据吸收峰位置对应的波段确定待测溶液 的种类； 根据吸 收光谱确定溶 液浓度。 2.根据权利要求1所述一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法， 其特征在于： 在 步骤S33中， 所述待测通道包括第一通道、 第二通道和第三通道， 打开其中一条待测通道的 转换阀门， 得到该待测通道中溶液的待测光谱I后， 关闭该通道的转换阀门； 重复该步骤直 至得到所有 待测通道中溶 液的待测光谱。 3.根据权利要求1所述一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法， 其特征在于， 所 述步骤S42具体为： 根据下式计算吸 收光谱的面积Si： [a,b]为选取以吸 收峰为中心对称分布的一段区间,且b ‑a≠0 根据Si的大小， 确定溶 液的浓度： 不同浓度为x1， x2， x3，…， xi的待测溶液测得吸收光谱为f(x1)， f(x2)， f(x3)，…， f(xi)， 通过计算得到其吸 收面积为S1， S2， S3， ...， Si， 根据x1， x2， x3，…， xi和S1， S2， S3， ...， Si， 建立浓度x和吸收光谱面积S的对应关系， 得出 其多项式拟合方程： S＝knxn+kn‑1xn‑1+...+k2x2+k1x+k0， 其中， k0,k1,k2,...,kn‑1,kn均为常 数， 且不全为0； 将所测溶 液的吸收光谱面积Si代入拟合方程， 得到其浓度的大小xi。 4.根据权利要求1所述一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法， 其特征在于， 所 述步骤S3中， 进入光学分光机构的具体步骤 包括： SA， 光线通过狭缝控制其入射的宽度；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290587 A 2SB， 通过所述准直镜， 对光线 进行准直； SC， 通过所述透射 光栅， 光线发生 衍射， 按不同的衍 射角出射； SD， 在所述聚焦镜的作用下， 将不同波段的光线在光电探测元件表面成像。 5.根据权利要求1所述一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法， 其特征在于， 所 述光源的波长区间为180 ‑800nm。 6.一种基于权利要求1 ‑5中任一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法的检测装 置， 其特征在于， 包括 沿光线方向依次设置的光源、 空腔光纤检测腔、 光学分光机构、 P C上位 机； 所述空芯光纤检测腔， 包括： 分叉光纤， 设置有一个进口端和若干出口端， 用于将光源分解成若干同等 光亮； 空芯光纤， 其进口端与所述分叉光纤的出口端连接； 蠕动泵， 与所述空芯光纤连接， 用于向所述空芯光纤内泵入或抽出 溶液； 阀门转换开关， 设置在所述空芯光纤的出口端； 光纤准直镜， 设置在所述分叉光纤与空芯光纤、 所述空芯光纤与阀门转换开关之间， 用 于将光线 整合为平行光束； 所述光学分光机构， 包括沿光线方向依次间隔设置光学狭缝、 准直镜、 透射光栅、 聚焦 镜和光电探测元件。 7.根据权利要求6所述的一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法的检测装置， 其特征在于， 所述待测通道用于通入待测溶液包括第一通道、 第二通道和 第三通道； 所述参 考通道用于通入去离子水包括第四通道， 所述待测通道与参考通道为完全相同的空芯光 纤。 8.根据权利要求6所述的一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法的检测装置， 其特征在于， 所述空芯光纤的两端设置有与所述蠕动泵连接的槽口， 用于将溶液泵入或抽 出空芯光纤。 9.根据权利要求6所述的一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法的检测装置， 其特征在于， 所述空芯光纤的玻璃管内壁镀有一层不与待测溶 液发生反应的镀层金属。 10.根据权利要求6所述的一种基于空芯光纤的多通道溶液浓度检测方法的检测装置， 其特征在于， 所述空芯光纤设置有多种不同长度的尺寸， 用于检测装置对不同光程测量时 的更换。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290587 A 3