CN106643970A - 一种利用fbg串测量液位的装置 - Google Patents
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Abstract
该发明公开了一种利用FBG串测量液位的装置，包括若干柔性传感器、光纤光栅、柔性载体、耦合器、宽带光源和光谱仪,各柔性传感器通过串联形成柔性传感器串，柔性传感器竖直放置于容器内，将各柔性传感器分别固定在容器内，柔性传感器串端部的一个柔性传感器与耦合器连接，耦合器与宽带光源和光谱仪分别连接；光纤光栅缠绕在柔性载体表面，柔性载体固定在柔性传感器上，宽带光源发出的光信号经过耦合器进入缠绕在柔性载体的光纤光栅，光纤光栅的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体表面来测量载体的变形；每个不同高度处的光纤光栅反射一个不同的峰值波长并经过耦合器后进入光谱仪，光谱仪分辨峰值波长。该装置通过不同高度处压力的变化，可以更精确的判断和计算出液体的高度，进一步提高测量分辨率和准确率。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种利用FBG串测量液位的装置。
背景技术
20世纪70年代低损耗光纤的研制成功不但推动了信息产业的发展,同时也开辟了一个新的领域-光纤传感技术。由于该项技术的很多优势,如非电检测,抗电磁干扰,可远传,体积小、重量轻,便于形成智能材料和工程结构结合等,不但在大多数场合下可替代传统的电传感器,还可以涉足极度恶劣场合,提供多参量的可靠检测方法。
光纤传感器由于具有很多优点, 并且与传统传感器相比具有一些不可替代的功能, 因而得到日益广泛的应用。响应时间快、精度高、灵敏度高、分辨率高研究表明，光纤光栅的特征波长对外界环境具有高度敏感的特性，而且在相同的环境下这个特征波长还具有高度的一致性。因此用它制作的传感器具有响应时间快、灵敏度高和测量精度高的特性。可靠性高、寿命长、能进行长期安全监测光纤光栅传感是一种光束波长的数字检测技术，不受光源强弱、光纤弯曲、连接损耗、探测器老化等因素的影响。因此不易受外界因素的干扰具有很高的稳定性和可靠性。每个光栅传感器的反射波长都不同，可实现波分复用，进行长距离分布式测量。 结构简单、易于施工布设光纤光栅体积小、重量轻、纤细柔软，容易制作成结构简单的传感器探头，便于在现场施工。应用范围广泛光纤光栅传感器适用于恶劣环境，广泛应用于石油化工、冶金电力、煤矿、建筑、交通、地质等行业。光纤传感技术的防爆、无源、抗电磁干扰、防火、体积小、重量轻、复用性好、响应速度快、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业，尤其是在液体测量领域。
已有FBG液位测量方法是通过FBG制作出压力传感器，放置于容器中，通过压力计算出液体高度，这种方法受限于分辨率低，本文设计了一种更为高灵敏度的FBG液位测量系统，通过引入FBG串（该种说法见“基于弱反射FBG串的随机分布反馈掺铒光纤激光器”《光电子·激光》2015年第01期 作者：袁俊伟;董新永;王鹿鹿;朱磊），提高了测量分辨率，进而提高了工程适用性。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用FBG串测量液位的装置，该装置通过不同高度处压力的变化，可以更精确的判断和计算出液体的高度，进一步提高测量分辨率和准确率。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种利用FBG串测量液位的装置，其特征在于，包括若干柔性传感器、光纤光栅、柔性载体、耦合器、宽带光源和光谱仪, 各柔性传感器通过串联形成柔性传感器串，柔性传感器竖直放置于容器内，将各柔性传感器分别固定在容器内，柔性传感器串端部的一个柔性传感器与耦合器连接，耦合器与宽带光源和光谱仪分别连接；光纤光栅缠绕在柔性载体表面，柔性载体固定在柔性传感器上，宽带光源发出的光信号经过耦合器进入缠绕在柔性载体的光纤光栅，光纤光栅的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体表面来测量载体的变形；每个不同高度处的光纤光栅反射一个不同的峰值波长并经过耦合器后进入光谱仪，光谱仪分辨峰值波长。
进一步地，宽带光源为ASE光源或SLD宽带光源。
进一步地，宽带光源发出的光源信号为通讯用C波段。
进一步地，柔性载体是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
通过加入光纤光栅串来提高对压力的灵敏度，并可以判断出液体的有无，以及进一步测量液体的温度。通过柔性载体对压力的敏感性以及串光栅的应用，提高FBG的变化量及不同位置液位的分辨率，进而测量液体的密度，并反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，测量点多，并有温度分辨的功能，是理想的液位测量系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图中：
1柔性传感器、2光纤光栅、3柔性载体、4耦合器、5宽带光源、6光谱仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，该使用新型包括柔性传感器1、光纤光栅2、柔性载体3、耦合器4、宽带光源5和光谱仪6。
各柔性传感器通过串联形成柔性传感器串，柔性传感器竖直放置于容器内，使得每个柔性传感器都位于待测容器内液体的不同深度。将各柔性传感器分别固定在容器内，防止柔性传感器晃动影响测量结果。柔性传感器串端部的一个柔性传感器与耦合器连接，耦合器与宽带光源和光谱仪分别连接。光纤光栅缠绕在柔性载体表面，柔性载体固定在柔性传感器上，宽带光源发出的光信号经过耦合器进入缠绕在柔性载体的光纤光栅，光纤光栅的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体表面来测量载体的变形。每个不同高度处的光纤光栅反射一个不同的峰值波长并经过耦合器后进入光谱仪，光谱仪分辨峰值波长。
宽带光源5发出的光信号经过耦合器4进入缠绕在柔性载体3的光纤光栅2。宽带光源5为ASE光源(放大自发辐射)或SLD宽带光源。宽带光源5发出的光源信号为通讯用C波段（频率从4.0- 8.0GHz的一段频带）。
光纤光栅2缠绕在柔性载体3表面，光纤光栅2的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体3表面来测量载体的变形。柔性载体3是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。
每个不同深度位置处的光纤光栅2均反射一个不同峰值的波长，该峰值波长经过耦合器4后进入光谱仪6，光谱仪6分辨出峰值波长。
使用中，将各柔性传感器1放置于容器内，使得各柔性传感器位于不同深度的液体内，容器内液体的压力会使各柔性传感器发生形变，形变会通过各柔性传感器上的柔性表面传递给对应的光纤光栅2上，这就会导致各光纤光栅的中心波长发生变化，并通过光谱仪读出具体变化值，而这个变化值，则代表了液体的压力。再通过液体压力反推出液体的体积，通过体积变换，即可实现液体高度的测量。通过加入光纤光栅串来提高对压力的灵敏度，并可以判断出液体的有无，以及进一步测量液体的温度。通过柔性载体对压力的敏感性以及串光栅的应用，提高FBG的变化量及不同位置液位的分辨率，进而测量液体的密度，并反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，测量点多，并有温度分辨的功能，是理想的液位测量系统。
利用上述方法制作液位测量结构，解决了传统测量方法的有源问题，增加了测量系统的灵敏度，简化了测量系统。此结构简单，造价低廉。
上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种利用FBG串测量液位的装置，其特征在于，包括若干柔性传感器（1）、光纤光栅（2）、柔性载体（3）、耦合器（4）、宽带光源（5）和光谱仪（6）, 各柔性传感器（1）通过串联形成柔性传感器串，柔性传感器（1）竖直放置于容器内，将各柔性传感器（1）分别固定在容器内，柔性传感器串端部的一个柔性传感器与耦合器（4）连接，耦合器（4）与宽带光源（5）和光谱仪（6）分别连接；光纤光栅(2) 缠绕在柔性载体(3)表面，柔性载体（3）固定在柔性传感器（1）上，宽带光源（5）发出的光信号经过耦合器(4)进入缠绕在柔性载体(3)的光纤光栅(2)，光纤光栅(2)的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体（3）表面来测量载体的变形；每个不同高度处的光纤光栅(2)反射一个不同的峰值波长并经过耦合器（4）后进入光谱仪（6），光谱仪（6）分辨峰值波长。
2.根据权利要求1所述的一种利用FBG串测量液位的装置，其特征在于，宽带光源（5）为ASE光源或SLD宽带光源。
3.根据权利要求1所述的一种利用FBG串测量液位的装置，其特征在于，宽带光源（5）发出的光源信号为通讯用C波段。
4.根据权利要求1所述的一种利用FBG串测量液位的装置，其特征在于，柔性载体(3)是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109506738A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-03-22 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种分布式光纤液位传感系统 |
| CN111307362A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-19 | 电子科技大学 | 一种光纤光栅压力传感器及其使用方法 |
| CN111897375A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-06 | 长江三峡通航管理局 | 船闸运行动态水位监测系统及监测方法 |
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2016
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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