CN102288261B - 一种浮筒式光纤液位计 - Google Patents
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Abstract
一种浮筒式光纤液位计，由一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个浮筒、一个安装基座、和一个铠装光缆组成。光纤光栅和浮筒分别连接在硬芯膜片的两侧，并都在硬芯膜片的中心轴线上。这样，待测液位变化时，浮筒所受的浮力发生改变，引起施加在硬芯膜片上硬芯处的集中力的变化，进而引起硬芯膜片的硬芯发生微位移，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测液位的变化信息。本发明结构简单，稳定性和可靠性高。
Description
技术领域：
本发明涉及光纤传感领域，特别是一种浮筒式光纤液位计。
背景技术：
高精度的液位测量在许多工业现场中发挥着非常重要的作用，广泛应用于土木、石油化工、电力、水利水电等工程领域中。目前，应用较为广泛的液位计多为电子类液位计，例如磁致伸缩液位计、电容式液位计、超声波液位计等，这些液位计都具有一定的局限性，例如：在强电磁干扰、易燃易爆、雷击几率较大的恶劣环境中应用的长期稳定性和可靠性不好。
近十几年来，由于光纤光栅传感技术的快速发展，更由于光纤光栅具有抗电磁干扰、抗雷击、能在易燃易爆环境中应用、长期可靠性和稳定性好等诸多优点，在液位测量领域中受到越来越多科技工作者的青睐。
2002年，焦明星等人在International Symposium on Precision MechanicalMeasurements(ISPMM’2002)会议论文中建立了一种浮筒式光纤光栅液位计模型，并进行了详细的理论推导。该方案中，具有两个明显的缺点：
1)光纤光栅被直接浸入待测液体中。这既不利于光纤光栅的保护，也不便于现场安装，更不利于产品化；
2)用弹簧来平衡浮筒的重力。弹簧的两个挂钩可以相对旋转，浮筒很难达到平衡，导致长期稳定性和可靠性不高。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提供一种高精度、结构简单的浮筒式光纤液位计，来解决现有技术中长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。
本发明的这种浮筒式光纤液位计，由一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个安装基座、一个浮筒和一个铠装光缆组成。其中，所述的硬芯膜片是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其中一侧的硬芯为光纤膜片固定处，用于固定所述的光纤光栅一端的尾纤，而另一侧硬芯为所述浮筒连接孔，用于膜片与所述的浮筒的连接。
本发明的浮筒式光纤液位计制作的基本操作步骤如下：1)将光纤光栅一端尾纤利用现有技术固定在光纤膜片固定处；2)将硬芯膜片的周边利用现有技术固定在膜片固定筒上的相应位置，并进行密封测试；3)经预拉伸后，将光纤光栅另一端的尾纤固定在膜片固定筒上的光纤固定筒固定处；4)保护筒和安装基座分别通过螺纹与膜片固定筒密封装配在一起；5)尾纤利用铠装光缆保护，并利用密封胶进行密封；6)浮筒通过挂钩与硬芯膜片在所述的浮筒连接孔连接在一起。
进一步的，所述的硬芯膜片的材质可以为不锈钢、青铜的一种或其它良好的弹性材料。
进一步的，所述的硬芯膜片既可以是平膜片，也可以是波纹膜片，也可以是波纹管、膜盒等弹性元件。
进一步的，所述的光纤光栅也可以是光纤F-P腔、钢弦等敏感元件。
进一步的，所述的浮筒，既可以是圆柱形，也可以是长方形，或者其它形状。
进一步的，通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数以及所述的浮筒的尺寸参数及其形状，可以实现光纤液位计液位灵敏系数的调整。
本发明的基本工作原理是：待测液位发生变化时，浮筒所受的浮力发生改变，引起施加在硬芯膜片上的集中力的变化，进而引起膜片硬芯的微位移，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测液位的变化信息。
本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用硬芯膜片来代替弹簧，由硬芯膜片来平衡浮筒的重力，使液位计更易于平衡；并将光纤光栅放置于保护筒中，与待测液体隔开，避免了光纤光栅被腐蚀性液体腐蚀，更易于产品化。这些都更利于这种浮筒式光纤液位计长期稳定性和可靠性技术指标的提高。
附图说明：
图1是本发明的浮筒式光纤液位计的结构示意图。
图中，1-保护筒；2-尾纤；3-光纤光栅；4-膜片固定筒；5-硬芯膜片；6-浮筒；7-浮筒连接孔；8-安装基座；9-光纤膜片固定处；10-光纤固定筒固定处；11-密封胶；12-铠装光缆。
具体实施方式：
实施例1：
下面结合附图1对本发明的具体实施作详细说明：
如图1所示，本发明的浮筒式光纤液位计，由一个保护筒1、一个尾纤2、一个光纤光栅3、一个膜片固定筒4、一个硬芯膜片5、一个浮筒6、一个安装基座8、和一个铠装光缆12组成。其中，所述的硬芯膜片5是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其中一侧的硬芯为所述的光纤膜片固定处9，用于固定所述的光纤光栅3一端的尾纤，而所述的硬芯膜片5的另一侧硬芯为所述的浮筒连接孔7，用于与所述的浮筒6的连接。
具体地，本实施例的制作过程是：
1)先将所述的光纤光栅3的一端尾纤利用现有技术固定在所述的硬芯膜片5上所述的光纤膜片固定处9；
2)将所述的硬芯膜片5的周边利用现有技术固定在所述的膜片固定筒4上的相应位置，并进行密封测试；
3)将所述的光纤光栅3预拉伸后，利用现有技术将所述的光纤光栅3的这一端的尾纤固定在所述的膜片固定筒4上所述的光纤固定筒固定处10；
4)将所述的保护筒1通过螺纹与所述的膜片固定筒4密封装配在一起；
5)所述的尾纤2用所述的铠装光缆12保护，并用所述的密封胶11做好与所述的保护筒1之间的密封措施；
6)将所述的安装基座8通过螺纹与所述的膜片固定筒4密封装配在一起；
7)所述的浮筒6通过挂钩与所述的硬芯膜片5在所述的浮筒连接孔7连接在一起。
本发明的实施例的工作过程是：将本发明所述的浮筒式光纤液位计通过所述的安装基座8牢靠固定在壳体或者不动的基础物上，而将所述的浮筒6下面的一部分放置在待测液体液面以下时，这样，待测液位发生变化时，所述的浮筒6所受的浮力发生改变，引起施加在所述的硬芯膜片5上硬芯处的集中力的变化，进而引起所述的硬芯膜片5的硬芯发生微位移，使所述的光纤光栅3受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动量，即可检测到待测液位的变化信息。
Claims (5)
1.一种浮筒式光纤液位计，由一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个安装基座、一个浮筒和一个铠装光缆构成，其特征在于：所述的硬芯膜片两侧分别设置有光纤膜片固定处和浮筒连接孔，硬芯膜片的周边利用现有技术密封固定在所述的膜片固定筒上；所述的光纤光栅和所述的浮筒分别连接在所述的硬芯膜片的两侧，并都在所述的硬芯膜片的中心轴线上，将所述的光纤光栅的一端固定在硬芯膜片的光纤膜片固定处，预拉后，将另一端固定在所述的膜片固定筒的光纤固定筒固定处；所述的保护筒和所述的安装基座分别通过螺纹与所述的膜片固定筒连接在一起，而尾纤用所述的铠装光缆保护，并采取密封措施；并将所述的浮筒通过挂钩悬挂在所述的硬芯膜片的浮筒连接孔中。
2.如权利要求1所述的浮筒式光纤液位计，其进一步特征在于：所述的硬芯膜片是平膜片、或者波纹膜片、或者波纹管、或者膜盒的一种。
3.如权利要求1所述的浮筒式光纤液位计，其进一步特征在于：所述的光纤光栅，由光纤F-P腔替代。
4.如权利要求1所述的浮筒式光纤液位计，其进一步特征在于：所述的浮筒，其形状是长方体、或者圆柱体的一种。
5.如权利要求1所述的浮筒式光纤液位计，其进一步特征在于：通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数以及所述的浮筒的尺寸参数及其形状，可以实现光纤液位计液位灵敏系数的调整。
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