Волоконно-оптичний крапельний аналізатор

Винахід відноситься до волоконно-оптичних датчиків і може бути використаний для дослідження властивостей і характеристик рідин, розчинів, різноманітних біологічних середовищ. Відомий волоконно-оптичний крапельний аналізатор, краплеформуюча система якого містить в собі вхідний та вихідний оптичні світловоди і капіляр для подачі досліджуваної рідини, закріплені на кронштейні таким чином, що крапля рідини, стікаючи на торці світловодів, виконує функцію об'єднуючого оптичного елементу між вхідним та ви хідним світловодами[1]. Така конструкція краплеформуючої системи не забезпечує стабільного, відтворюваного в часі процесу формування однакових крапель, необхідного для нормальної роботи аналізатора. Найбільш близьким за технічною сутністю та очікуваному результату до запропонованого є волоконнооптичний крапельний аналізатор краплеформуюча система якого містить в собі вхідний та вихідний оптичні світловоди, і капіляр для подачі досліджуваної рідини, закріплені діаметрально-симетрично, паралельно до осі циліндричного корпусу, в рівень з його нижньою, сферично-увігнутою поверхнею, причому на залежності вихідного сигналу аналізатора, що задається взаємним розташуванням вхідного та вихідного світловодів і характеризує процес краплеутворення чітко виділяються два максимуми [2]. Така конструкція краплеформуючої системи аналізатора створює певні проблеми викликані взаємодією досліджуваної рідини з матеріалом корпусу та процесом формування, в досліджуваній рідині, оптичного каналу між торцями світловодів. При проведенні експерименту на сферично-увігнутій поверхні корпусу накопляються бульбашки повітря (газу) розчиненого в досліджуваній рідині, що не передбачувано впливає на зміну вихідного сигналу. Графік залежності вихідного сигналу не відображає усі етапи формування та відриву краплі і при використанні різних варіантів розташування світловодів дає різні залежності вихідного сигналу. Завдання винаходу полягає у підвищенні стабільності процесу формування краплі, збільшенні інформативності отримуваних результатів та розширенні можливостей використання волоконно-оптичного крапельного аналізатора. Завдання досягається тим, що у волоконно-оптичному крапельному аналізаторі, краплеформуюча система якого містить в собі вхідний та вихідний світловоди і капіляр для подачі досліджуваної рідини, закріплені в корпусі, згідно з винаходом, вхідний та вихідний світловоди виготовлені у вигляді коаксіальної оптичної системи з циліндричним світловодом розташованим всередині тороїдальної світлопровідної оболонки, а досліджувана рідина подається в проміжок між ними, причому торець циліндричного світловода може займати різні фіксовані положення відносно торця оболонки. У волоконно-оптичному крапельному аналізаторі краплеформуюча система (фіг.1) містить в собі вхідний та вихідний світловоди 1,2 і капіляр 3 для подачі досліджуваної рідини 4 закріплені в корпусі 5, таким чином, що вхідний та вихідний світловоди утворюють коаксіальну оптичну систему з циліндричним світловодом розташованим всередині тороїдальної світлопровідної оболонки, а досліджувана рідина подається в проміжок між ними, причому торець циліндричного світловода може займати різні фіксовані положення відносно торця оболонки, підвищуючи стабільність процесу краплеутворення та інформативність отримуваних результатів. Така конструкція краплеформуючої системи аналізатора забезпечує стабільність процесу краплеутворення, завдяки вільному ви ходу бульбашок повітря, неперервний оптичний контакт досліджуваної рідини з світловодами, виключаючи при цьому взаємодію рідини з матеріалом корпусу, і дозволяє отримувати часові залежності вихідного сигналу на яких чітко виділяються п’ять характерних ділянок (фіг.2). Аналізатор діє таким чином, що досліджувана рідина 5 через капіляр 3 подається в проміжок між світловодами 1,2 і стікає на нижній зріз тороїдальної оболонки, де формується крапля, контактуючи при цьому виключно з матеріалами краплеформуючої системи. А процес формування краплі модулює потік випромінювання, яке поширюється з одного світловода через краплю у другий внаслідок чого на залежності вихідного сигналу аналізатора від часу чітко проявляються не менше п'яти характерних ділянок (Фіг.2): 1. Формування лінзоподібної залишкової краплі-А-Б 2. Формування сферичної краплі Б-В 3. Перетворення краплі у витягн утий еліпсоїд та утворення шийки В-Г 4. Видовження шийки краплі Г-Д 5. Відрив краплі Д-А Використання аналізатора з коаксіальною краплеформуючою системою забезпечує стабільність процесу формування краплі, виключає можливість взаємодії досліджуваної рідини з матеріалом корпусу, забезпечуючи при цьому високу інформаційність отримуваних часових залежностей вихідного сигналу. При цьому зміна взаємного розташування торців світловодів дозволяє виділяти один або кілька областей вихідного сигналу. Волоконно-оптичний крапельний аналізатор з пропонованою коаксіальною краплеформуючою системою може використовуватися в практиці лабораторних фізико-хімічних, медико-біологічних досліджень; для визначення типу, в'язкості, поверхневого натягу та оптичних характеристик рідин і зокрема концентраційних залежностей розчинів (фіг.3.), на якому 1,2,3,4-форми вихідного сигналу аналізатора для 10,20,30,40% розчинів цукру, 5-дистильована вода. Джерела інформації: 1. N.D.McMillan, F.M.J.Fortune, O.E.Finlayson, D.D.G.McMillan, M. Fingleton, D.E.Townsend, D.M.Daly, M.G.Dalton, and C.V.Cryan, "A fiber drop analyzer: a new analitical instrument for the individual, sequential, or \ collective measurement of the physical and chemical properties of liquids,"// Rev. Sci. Instum 63 (6) 216-227 (1992). 2. N.D.McMillan, E.O'Mongain, J.Walsh, L.Breen, D.G.E.McMillan, M.J.Power, J.P.O'Dea, S.M.Kinsella, M.P.Kelly, C. Hammil, D. Orr. "Preliminary investigation into the analytical potential of a multiwavelenght fiber drop analizer with special reference to applications in medical diagnostics". Optical Engenireeng//December 1994. vol 33 No. 12. Р.38713890-прототип.