异芯结构透射式光纤液位传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103196520A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103196520103196520A(43)申请公布日2013.07.10(21)申请号201210006402.3(22)申请日2012.01.06(71)申请人中国计量学院地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人徐贲李裔杨凯董新永孙苗赵晓伟(51)Int.Cl.G01F23/292(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图1页附图1页(54)发明名称异芯结构透射式光纤液位传感器(57)摘要本发明公开了一种异芯结构透射式光纤液位传感器，包括宽带光源、传感头和光纤光谱分析仪。其中传感头是在普通单模光纤中部熔接一段细芯单模光纤组成，测量时细芯单模光纤一部分处于液面之上，一部分处于液面之下。由普通单模光纤接收来自宽带光源的光并耦合至细芯单模光纤，在细芯单模光纤内以芯模和包层模的形式传输，形成类似马赫-曾德干涉仪。两部分光相干干涉后再次耦合入普通单模光纤，最后导入至光纤光谱分析仪。测量透射光谱中特征峰波长的漂移量，即可计算出液位的变化量。本发明结构紧凑，具有制备简单，测量精度高，测量范围广和本身安全防爆等有益效果，特别适用于易燃液体液位的精密测量。CN103196520ACN1039652ACN103196520A权利要求书1/1页1.用于异芯结构透射式光纤液位传感器，包括宽带光源、传感头和光纤光谱分析仪，其特征在于所述的宽带光源(1)为可产生1400～1700nm连续光谱的光源，可直接耦合进普通单模光纤；所述的异芯结构光纤传感头包括普通单模光纤(2)和细芯单模光纤(3)，普通单模光纤(2)中间截断，熔接一定长度的细芯单模光纤(3)，构成三明治结构，由普通单模光纤(2)接收来自宽带光源(1)的光并耦合至细芯单模光纤(3)，形成光的干涉，相干光再次耦合入普通单模光纤(2)；所述的光纤光谱分析仪(4)包括单色仪(6)、光电探测器(7)、放大整形电路(8)、数据采集卡(9)和微型计算机(10)，所述的单色仪(6)输入端接普通单模光纤(2)的光输出端，其输出端接光电探测器(7)；所述光电探测器(7)的输出端接放大整形电路(8)的输入端；所述放大整形电路(8)的输出端接数据采集卡(9)的输入端；所述数据采集卡(9)的输出端接微型计算机(10)。2.如权利要求1所述的普通单模光纤其芯径为8～9微米；细芯单模光纤其表面无涂敷层，芯径为1～5微米，且要求其芯径小于普通单模光纤的芯径，两者芯径差值越大越好。3.如权利要求1所述的异芯结构透射式光纤液位传感头，其特征在于：进行液位测量时，要求所述的细芯单模光纤(3)垂直浸入待测液体(5)，且一部分位于液面之上即空气(11)中，另一部分位于液面之下。4.如权利要求1所述的光纤传感头应用时，其作用相当于马赫-曾德干涉仪，细芯光纤中芯模和包层模产生干涉，通过测量透射光谱中特征峰波长的漂移量，从而计算得到液位的变化量。5.如权利要求1所述的液位传感器，其光谱解调特性在于：透射谱中特征峰波长的漂移量与液位变化量呈线性关系；测量灵敏度随待测液体(5)的折射率升高而升高；测量分辨率随光纤光谱分析仪的分辨率提高而提高；测量量程可通过增加细芯单模光纤的长度而增大。6.如权利要求1所述的透射式光纤液位传感器，其特征在于：细芯单模光纤(3)为传感探头，当液面上升或下降超出其范围时，上下两端的熔接点可作为液位临界位置报警的关键点。2CN103196520A说明书1/4页异芯结构透射式光纤液位传感器技术领域[0001]本发明涉及一种透射式光纤液位传感器，尤其涉及异芯光纤熔接，使得光纤中芯模和包层模产生干涉，形成类似马赫-曾德干涉仪，通过测量透射光谱中特征峰波长的漂移量从而测定液位的变化量。主要运用于测量液面变化量较小，精度要求较高的场合，特别适用于易燃液体的测量，如燃油等。背景技术[0002]在石油、化工、电力、冶金、国防军事部门因生产或储存须用各种型式的储罐，来存放各种易燃、易爆的油料或化工液体原料，对这些储罐的液位进行检测，不仅要求探测器具有较高的测量精度、更好可靠性及稳定性和将液位信号远传的功能，而且要求测量仪器具有本质安全防爆，并且能适用于特殊恶劣环境测量，这样的液位传感器是当下人们关注的焦点。[0003]目前，应用于生产、生活中的液位传感器主要有以下几种：机械式液位传感器；液压式液位传感器；雷达、超声波液位传感器；利用放射元素式液位传感器和光学类液位传感器。[0004]机械式液位传感器通过机械传动装置把和液位处于相同高度的浮子(如水箱中的水漂)高度信息转换成相应的电信号，然后通过与之配套的解调设备测算出液位高度。此种传感器可以实现对液位