CN104154968A - 一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器 - Google Patents

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陈德宝
沈常宇
刘桦楠
魏健
路艳芳
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Abstract

一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：由超宽带光源(1)、入射光纤(2)、光纤环形器(3)、连接光纤(4)、出射光纤(5)和细芯倾斜光纤光栅(6)、光谱仪(7)组成；超宽带光源(1)连接入射光纤(2)，入射光纤(2)和连接光纤(4)、出射光纤(3)按顺时针方向依次与光纤环形器(3)相连，连接光纤(4)的另一端连接细芯倾斜光纤光栅(6)，出射光纤(5)的另一端连接光谱仪(7)，本发明灵敏度高、量程大、信号解调方便、成本较低，可以应用于各类实际工程中。

Description

一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器
技术领域
一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
随着现在测量技术的发展，光纤传感器与传统电传感器相比，由于具有不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻、可复用性强、可埋入各种结构和材料等优点而逐渐被人们所重视。近年来，人们已经研制出了各种光纤传感器用于对温度、压力、液位等物理量的测量，在实际应用中，液位的测量也具有相当重要的意义，各种基于长周期光纤光栅和布拉格光纤光栅的液位传感器也逐渐被人们所提出。本发明中所述的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其基本原理是基于倾斜光纤光栅包层模的折射率敏感特性。
倾斜光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其光栅条纹与光纤轴向成一定角度。由于光栅倾角的引入，前向传导的入射光被有效激发至后向传导的包层模，并保留满足布拉格条件的后向传导纤芯模。由于纤芯模和包层模具有不同的传感特性，因此倾斜光纤光栅兼具布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅两类光纤光栅的优点，可实现多参量(倾角、温度、应变、折射率等)同时区分测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器。该装置能够通过对细芯倾斜光纤光栅反射光谱图的变化实现对液位变化量的精确测量。具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：由超宽带光源(1)、入射光纤(2)、光纤环形器(3)、连接光纤(4)、出射光纤(5)和细芯倾斜光纤光栅(6)、光谱仪(7)组成；超宽带光源(1)连接入射光纤(2)，入射光纤(2)和连接光纤(4)、出射光纤(3)按顺时针方向依次与光纤环形器(3)相连，连接光纤(4)的另一端连接细芯倾斜光纤光栅(6)，出射光纤(5)的另一端连接光谱仪(7)。
所述的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：细芯倾斜光纤光栅(6)采用细芯载氢光敏单模光纤刻写制作，纤芯直径2.5微米，包层直径125微米。
所述的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：细芯载氢光敏单模光纤长度为60毫米，其中细芯倾斜光纤光栅(6)部分长度为10毫米，熔接点与细芯倾斜光纤光栅(6)之间的距离为50毫米。
本发明的工作原理是：超宽带光源(1)发出的光首先耦合进入入射光纤(2)，然后到达光纤环形器(3)，接着光通过连接光纤(4)进入细芯倾斜光纤光栅(6)，细芯倾斜光纤光栅(6)周围环境由空气和被测液体共同组成，二者的比例发生变化时，细芯倾斜光纤光栅(6)的周围环境有效折射率随之发生变化，最后受到液位变化调制的光信号反射回连接光纤(4)到达光纤环形器(3)，通过出射光纤(5)进入光谱仪(7)。细芯倾斜光纤光栅(6)及其所在的细芯倾斜光纤光栅共同组成了所述液位传感器的传感头部分，细芯倾斜光纤光栅(6)激发产生的包层模强度与周围环境折射率紧密相关，当包层模所处的周围环境折射率增加时，包层模逐渐转化为辐射模，反射光谱中显示为包层模的强度降低甚至消失，而空气和被测液体的折射率不同，导致当液体高度(液位)发生变化时，包层模的强度逐渐发生变化，通过对包层模强度信息的解调可以得到对应的液位变化信息。
本发明的有益效果是：所述一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器实现反射式液位传感器的设计，测量更加方便。所述传感器具有较低的温度敏感特性，温度敏感系数约为11.2pm/℃，该液位传感器的灵敏度为0.51dB/mm。此外，液位测量范围不受限于采用的细芯倾斜光纤光栅的长度大小而是与整个细芯载氢光敏光纤的长度相关。
附图说明
图1是本发明的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器示意图；
图2是本发明的归一化包层模强度与液位变化关系示意图；
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图1，一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：由超宽带光源(1)、入射光纤(2)、光纤环形器(3)、连接光纤(4)、出射光纤(5)和细芯倾斜光纤光栅(6)、光谱仪(7)组成；超宽带光源(1)连接入射光纤(2)，入射光纤(2)和连接光纤(4)、出射光纤(3)按顺时针方向依次与光纤环形器(3)相连，连接光纤(4)的另一端连接细芯倾斜光纤光栅(6)，出射光纤(5)的另一端连接光谱仪(7)。
入射光纤(2)和连接光纤(4)、出射光纤(5)为单模光纤，纤芯直径为8.2微米，包层直径为125微米。细芯倾斜光纤光栅(6)采用细芯载氢光敏单模光纤刻写制作，纤芯直径2.5微米，包层直径125微米。细芯载氢光敏单模光纤长度为60毫米，其中细芯倾斜光纤光栅(6)部分长度为10毫米，熔接点与细芯倾斜光纤光栅(6)之间的距离为50毫米。通过细芯倾斜光纤光栅(6)反射回的包层模在周围环境折射率增加时转换为辐射模，包层模的强度随着液位的上升逐渐降低直至完全消失，这样就得到了液位变化信息。当细芯倾斜光纤光栅(6)产生的包层模随着液位的上升逐渐转化为辐射模时，反射谱中归一化包层模的强度逐渐降低直至消失，图2为归一化包层模强度与液位变化关系示意图，其灵敏度为0.51dB/mm，液位测量范围可以达到50至60毫米。

Claims (3)

1.一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：由超宽带光源(1)、入射光纤(2)、光纤环形器(3)、连接光纤(4)、出射光纤(5)和细芯倾斜光纤光栅(6)、光谱仪(7)组成；超宽带光源(1)连接入射光纤(2)，入射光纤(2)和连接光纤(4)、出射光纤(3)按顺时针方向依次与光纤环形器(3)相连，连接光纤(4)的另一端连接细芯倾斜光纤光栅(6)，出射光纤(5)的另一端连接光谱仪(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：细芯倾斜光纤光栅(6)采用细芯载氢光敏单模光纤刻写制作，纤芯直径2.5微米，包层直径125微米。
3.根据权利要求1所述的一种基于细芯倾斜光纤光栅的液位传感器，其特征在于：细芯载氢光敏单模光纤长度为60毫米，其中细芯倾斜光纤光栅(6)部分长度为10毫米，熔接点与细芯倾斜光纤光栅(6)之间的距离为50毫米。
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