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一种缠绕式光纤液位传感器
点击次数:379 发布时间:2017/1/13

创意无极限,仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种缠绕式光纤液位传感器及液位确定方法。该专利由北京遥测技术研究所申请,并于2016年1月11日获得授权公告。
  内容说明
  本发明属于光纤传感领域,具体涉及一种缠绕式光纤液位传感器及液位确定方法。
  发明背景
  液位测量是经济生产活动中的重要测量参数之一。目前的液位测量方法多达20余种,但是受到防爆要求的限制,电类原理的液位传感器存在着安全隐患。光纤液位传感器作为后起之秀,借助光纤体积小、重量轻、本质绝缘、抗电磁干扰等优点,在易燃易爆液体液位测量领域得到广泛的应用。目前得到的广泛研究及应用的光纤液位传感器主要有三类,一类是基于浮子码盘式的液位传感器,通过跟随液位浮动的浮子带动码盘转动,进而将液位变化调制成光强的变化信号,通过对光强的转换、识别、计数就可以得到液位的变化量。此类方法能够将连续的液位变化信号转换成数字信号,具有很好的抗干扰性能,但是此类方法只适合固定储罐的液位测量,运动储液罐自身加速度会对测量产生严重影响。
  另一类是基于测量液体压力的液位测量方法,利用光纤微弯损耗、光纤布拉格光栅或者光纤F_P腔来测量液压,进而转换成相应的液面高度。此类方法是真正意义上的连续测量,但是此类传感器也容易受到液面倾斜波动、储液罐自身加速度以及液体温度的影响。最后一类是基于光纤泄露耦合液位传感器,通过在光纤侧面或者光纤端头进行处理,使其在不同折射率的介质中发生程度不同的光泄露传播,进而实现通过检测泄露光强或者耦合后的光强来表征液位变化的目的。此类方法针对于不同的测量液体或者不同浓度的同种液体需要重新标定,而且大多数的输出结果都存在非线性。目前在航空航天等领域迫切需测量精度高,不受液面倾斜、波动、储液罐自身加速度以及液体浓度温度影响的液位传感器。
  发明内容
  本发明所要解决的技术问题是:提供一种具有自标定功能的缠绕式光纤液位传感器及液位确定方法,具有很高的测量精度,不受储液罐自身加速度温度影响,通过自标定功能,消除了测液体温度浓度变化对测量的影响,适合航天航空领域燃料液位的测量。


  图为本发明的缠绕式光纤液位传感器


  本发明包括如下技术方案:一种缠绕式光纤液位传感器,包括光源、传输光纤、等比分光器、圆柱形结构体、缠绕并固定在圆柱形结构体上端的上端标定光纤、缠绕并固定在圆柱形结构体中部的测量光纤、缠绕并固定在圆柱形结构体下端的下端标定光纤、以及光强探测设备;在上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤上分别形成泄光条,光源通过传输光纤与等比分光器的输入端相连;通过等比分光器的三个输出端输出路等光强的光信号,等比分光器的三个输出端分别通过传输光纤与上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤的输入端相连;上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤的输出端通过传输光纤分别与光强探测设备相连;上端标定光纤和下端标定光纤的缠绕圈数和加工特征完全相同,测量光纤的加工特征与所述标定光纤相同;两个标定光纤泄光条的加工特征与测量光纤的泄光条相同;上端标定光纤始终处在空气中,下端标定光纤始终处于待测介质中;通过光强探测设备对上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤的输出光的光强进行探测并计算液位。
  圆柱形结构体的直径大于40mm。圆柱形结构体的材料的热膨胀系数与缠绕光纤热膨胀系数相近。上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤上的泄光条分别为多条斜光条。多条泄光条在圆柱形结构体的圆周方向等间距分布。
  利用上述缠绕式光纤液位传感器确定液位的方法,包括如下步骤:将圆柱形结构体放置于待测介质中,使得上端标定光纤始终处在空气中,下端标定光纤始终处于待测介质中;通过光强探测设备获得上端标定光纤的光强输出I1,下端标定光纤的光强输出I2,测量光纤的光强输出Ic;通过如下公式计算液位H:H=(φ+h)×( IC1-Ic )×n/( I1-I2 );其中n为标定光纤的圈数,IC1测量光纤的初始光强,φ为光纤的直径,h为测量光纤的缠绕间距。
  本发明与现有技术相比具有如下优点:本发明将上端标定光纤、测量光纤和下端标定光纤缠绕并固定在圆柱形结构体上,并在三个光纤上形成泄光条;使得本发明的自标定缠绕式光纤液位传感器价格低廉、无移动件、本质防爆、抗电磁干扰,同时具有很高的测量精度,理论测量精度达到微米级,测量范围和分辨率可以根据需求进行方便的调整。并且本传感器具有自标定功能,可以实现免标定更换测量介质。

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