3 光纤探头结构设计
    在光纤的一端熔接一具有适当角度的光学棱镜，并套上套管，就构成了一根光纤探针。单光纤探头有一根光纤，入射光和反射光均用同一根光纤，采用分光镜或分路器来检测反射光。单纤探针头部尺寸小，容易刺破气泡，且能够检测较小的气泡，对流场干扰小，动态响应能力好。本文选用单：苍锥形探针测量含气率。单芯锥形探针的结构如图3所示，一单位面积光强度为ip、总光强度为Ip的平行光束I入射到探针头的锥面上，θ0为入射角，θf为折射角，n0为探针头部棱镜的折射率，nf为被测介质的折射率。β为光纤探针棱镜的角度，该角度是一个十分重要的指标，它的大小决定着能否将气相和液相区分开来，其确定主要取决于棱镜的折射率n0和被测介质的折射率nf。

    根据光的折射定律有：
   
    显然，区分气相和液相的临界折射角θfr=90°，此时入射光线在棱镜中发生全反射的临界折射率nfr为：
   
    式中，ng和nl分别为气相和液相的折射率，单芯光纤探针棱镜角度β须满足：
    
    标准条件下空气的折射率ng=1．000，油的折射率n0=1.48～1.50，水的折射率nw=1．333，取nl=nw=1. 333。光纤探针棱镜选用折射率为1．76的蓝宝石材料，根据式(14)，光纤探针棱镜的角度β应满足：81. 5°<β<110. 8°。因此，对光纤探针蓝宝石棱镜而言，将其角度确定为β=90°是一个合适的选择。此时它对应的临界折射率nfr=1．24。此时：
   
    故β=90°的蓝宝石棱镜可有效识别气相和液相。

4 驱动电路设计
    光纤传感系统中，将光波作为载波，在输入端使用光源将电信号转换为光信号，在输出端使用光电检测器件将光信号转变成电信号。本系统光纤探针传感器驱动电路主要包括光发射模块和光接收模块。光发射模块的主要组成部分是LED发光管、光源驱动电路和自动功率控制电路；光接收模块的主要组成部分是光探测器和光电检测电路。