專利名稱：一種利用ofdm信號進行折射率測量的裝置及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于折射率測量技術(shù)領域，涉及一種利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置和方法，該技術(shù)可以實現(xiàn)超快速度和超高精度的液體折射率測量，同時可以實現(xiàn)對折射率變化的動態(tài)監(jiān)測，為生物化學等學科實驗提供一種全新的監(jiān)測待測溶液折射率參數(shù)方法。
背景技術(shù)：
液體的折射率是液體的一個基本物理參數(shù)。液體的很多重要參量(如密度、濃度等)的變化都會導致液體折射率發(fā)生變化，通過測量折射率可以計算出液體的這些參量。在食品加工、醫(yī)療制藥等涉及國計民生的行業(yè)，對液體的濃度、密度等都有較高的要求，因此，對液體折射率的準確測量具有相當重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)行的測量液體折射率的方法總結(jié)起來主要有幾何光學法和波動光學法。但是他們都存在著相應的缺點。幾何光學法測量液體折射率是利用光束到達液體介質(zhì)表面發(fā)生反射、或透過液體介質(zhì)發(fā)生折射等現(xiàn)象。實驗原理是利用光的反射或折射定律，測量光束經(jīng)過液體介質(zhì)后的入射角或折射角度的變化來測量待測液體的折射率?，F(xiàn)有的用幾何光學方測量液體折射率的實驗方法有很多種第一種用掠入射法測量液體折射率。該掠入射法是根據(jù)光的全反射原理，測量折射后的臨界光線出射角，獲得待測液體折射率；將待測液體(設其折射率為nx)滴加在折射率為η(ηχ > η)的直角棱鏡上。如圖I所示，I和2為兩條掠射光線，入射光掠射在待測液體和玻璃棱鏡的界面上，光束到達O點經(jīng)待測液體和玻璃棱鏡界面的折射從BC面射出。而平行于AB面的入射光線2以臨界角a進入棱鏡，然后以角β從BC面出射，待測液體的折射率表達式為nx = sin y (n2_sin2 β ) 1/2_cos y sin β第二種，用激光照射法測量液體折射率。實驗時利用激光照射到液體薄層表面發(fā)生反射和折射，再測量反射、折射的偏移量來測量液體折射率。實驗裝置如圖2所示。在空的玻璃水槽內(nèi)水平放置一塊平板玻璃，激光束以Θ角斜入射到玻璃板上，入射光束經(jīng)玻璃板上表面反射到達右側(cè)白紙D處形成光斑。往水槽內(nèi)注入待測液體，這時在右側(cè)白紙上形成兩個亮斑，較上面的那個光斑是由玻璃上的液體薄層反射形成的光斑Α，緊隨其下的光斑B是由進入待測液體和空氣界面的光束折射形成的。激光束入射角正切值tan Θ = 0C/0D,只要測量出白紙上面的光斑間距AD、AB和0C、OD就可求得待測液體折射率，其表達式為
權(quán)利要求
1.一種利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，包括光OFDM信號發(fā)生器、DI探頭、檢測模塊和顯示模塊，光OFDM信號發(fā)生器用于產(chǎn)生光OFDM信號，DI探頭就是包含參考臂和信號臂的干涉時延結(jié)構(gòu)，檢測模塊為用于完成待測液體的待測參數(shù)測量的裝置，顯示模塊用于將所測得的結(jié)果顯示給使用者； 其中由光OFDM信號發(fā)生器產(chǎn)生的光OFDM信號通過一個DI探頭后送入檢測模塊進行相應處理得到待測參數(shù)，得到的所述待測參數(shù)通過顯示模塊顯示測試結(jié)果；所述信號臂的光路將耦合進入待測液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，檢測模塊所用的算法與光OFDM信號發(fā)生器產(chǎn)生光OFDM信號所采用的算法相關。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，采用電OFDM信號發(fā)生器、光電調(diào)制器和激光源構(gòu)成光OFDM信號發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，由OFDM電信號發(fā)生器生成的電OFDM信號，經(jīng)過光電調(diào)制器調(diào)制在激光源所發(fā)出的相應光載波上，通過DI探頭，由相干檢測模塊進行待測參數(shù)的檢測；激光源發(fā)出的一路激光作為調(diào)制器的光源，激光源發(fā)出的另一路激光為檢測模塊提供本振信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，所述相干檢測模塊是指利用光的相干性對光載波所攜帶的信息進行檢測和處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，以光纖MZ干涉結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)DI探頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，以空間MZ干涉結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)DI探頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置，其特征在于，以FPGA/ASIC/DSP可編輯的處理器或基于Labview軟件的實時系統(tǒng)測量或基于Matlab/C/C++軟件的離線測量來實現(xiàn)所述利用光OFDM信號進行折射率測量裝置的具體實現(xiàn)。
9.使用權(quán)利要求5所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置及方法，其特征在于，在OFDM算法中，PRBS碼經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后，調(diào)制映射，IFFT，加CP，并串轉(zhuǎn)換步驟來形成所需的數(shù)字OFDM信號送入任意波形發(fā)生器(AWG)，AffG的作用主要是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。OFDM電信號產(chǎn)生器生成的模擬信號經(jīng)過MZM光調(diào)制器調(diào)制到激光源所發(fā)出的光載波上后進入DI探頭。在收端需要同步、串并轉(zhuǎn)換、去CP、FFT后信道估計和相位估計，最終得到干涉圖樣相位偏移值。
10.使用權(quán)利要求5所述的利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置的方法，其特征在于，PRBS碼經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換、調(diào)制映射、IFFT后不用加CP，只編一幀，然后以同一幀信號循環(huán)發(fā)送，并串轉(zhuǎn)換步驟來形成所需的數(shù)字OFDM信號，送入AWG生成的模擬信號經(jīng)過MZM光電調(diào)制器加載到激光源所發(fā)出的光載波后進入DI探頭。接收端只需要串并轉(zhuǎn)換、FFT、信道估計和相位估計。無需同步和去CP等算法，大大簡化了實際系統(tǒng)中發(fā)射機和接收機算法的復雜度，為實際應用降低了成本。
全文摘要
提出了一種利用光OFDM信號進行折射率測量的裝置及方法，該裝置包括光OFDM信號發(fā)生器、DI探頭、檢測模塊和顯示模塊，光OFDM信號發(fā)生器用于產(chǎn)生光OFDM信號，DI探頭就是包含參考臂和信號臂的干涉時延結(jié)構(gòu)，檢測模塊為用于完成待測液體的待測參數(shù)測量的裝置，顯示模塊用于將所測得的結(jié)果顯示給使用者；其中由光OFDM信號發(fā)生器生成的光OFDM信號通過一個DI探頭后送入到待檢測模塊進行相應處理后得到待測參數(shù)，得到的所述待測參數(shù)通過顯示模塊顯示測試結(jié)果；所述信號臂的光路將耦合進入待測液體。使用本發(fā)明的裝置及方法可以實現(xiàn)超快速度和超高精度的液體折射率測量，還可以實現(xiàn)對折射率變化的動態(tài)實時監(jiān)測，為生物化學等學科實驗提供一種全新的監(jiān)測待測溶液折射率參數(shù)的方法。
文檔編號G01N21/41GK102798612SQ20121027911
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者李朝暉, 鮑園, 桂韜 申請人:李朝暉