CN108168631A - 一种基于光纤f-p的农林喷洒药液流量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器，包括第一光纤和第二光纤，所述第一光纤一端去除涂覆层，经消毒液擦拭后，将所述第一光纤的一端面切平，插入弱酸溶液中腐蚀，然后稀释；最后第一光纤的腐蚀端面与第二光纤的一端面通过熔接机熔接。本发明采用化学腐蚀法制备F‑P应变传感器，易于制作，采用的器件结构简单，稳定性可靠，灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业自动化领域，是一种利用农业、林业的航空喷洒对农药液位进行监控的器件。
背景技术
我国是个农业大国，随着我国改革开放的不断深入和国民经济现代化的需要，农林飞机广泛地应用于农业、林业、牧业生产中；农林飞机作业效率高、效果好，而且灵活，社会经济效益显著；但随之而来的农林作业中存在的不足也日益凸显。目前，广泛应用的航空喷洒系统多为无人机喷洒系统，并且针对作业的机上农药存储箱农药余量的准确记录还有待于完善提高。
光纤传感器测量精度高，抗电磁干扰，质量轻，体积小，损耗低，测量范围广，被广泛应用于航空航天、陀螺导航、桥梁建筑、石油勘探和生物医学等各个领域。其中，光纤Fabry-Perot(F-P)腔作为一种重要的光纤器件广泛应用于应变、温度、液位、pH、流速等参量的测量。将F-P传感器用于农药药液的测量可充分发挥其耐腐蚀、灵敏度高等优势，在农林飞机喷洒作业的流速检测中具有重要作用。
发明内容
本发明提供了一种利用光纤F-P传感器进行机上药液流量器农药液位检测的方法。与现有技术相比，用该方法加工的F-P传感器结构简单，稳定性可靠，灵敏度高，以实现对液位的精确测量。
本发明的技术方案：一种基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器，包括第一光纤和第二光纤，其特征在于，所述第一光纤一端去除涂覆层，经消毒液擦拭后，将所述第一光纤的一端面切平，插入弱酸溶液中腐蚀，然后稀释；
第一光纤的腐蚀端面与第二光纤的一端面通过熔接机熔接。
优选的，所述第一光纤和第二光纤采用LSM-12大模场光纤，包层直径125μm，纤芯直径12μm。
优选的，所述稀释过程包括：将腐蚀过的第一光纤端面在蒸馏水中浸泡稀释，再将第一光纤放入超声清洗机清洗，以去除残留弱酸，防止其持续腐蚀破环光纤端面。
优选的，所述弱酸溶液的浓度在35％～45％。
优选的，所述腐蚀的时间在15min～25min范围内。
优选的，所述熔接时设置的放电参数为：清洁放电时间150ms，预熔功率为标准+10bit，预熔时间为270ms，放电1功率为标准+10bit，放电时间为1500ms。
优选的，所述液位与FBG波长漂移的线性关系为：
y=0.1573x+1.546.75
其中，x表示液位高度，y表示波长漂移量。
一种包括所述的喷洒药液流量传感器的光纤传感器应变系统，其特征在于，所述光纤传感器应变系统包括宽带光源，药液流量传感器，光谱仪和三端环行器，所述宽带光源，药液流量传感器，光谱仪分别与三端环行器连接。
本发明的有益效果：本发明一种基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器采用化学腐蚀法制备F-P应变传感器，易于制作，所发明的器件结构简单，稳定性可靠，灵敏度高；成本较低、重复性高，易于实现器件的批量加工。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的结构示意图；
图2示意性示出本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的光纤传感器应变系统的结构示意图；
图3示意性示出本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的反射干涉光谱图；
图4示意性示出本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的波长漂移与流量的关系曲线图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1所示为本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的结构示意图，如图1所示，基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器，包括第一光纤101和第二光纤102，所述第一光纤101和第二光纤102包括纤芯103和包层104。
其中，所述基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的制作过程包括：
第一光纤101一端去除涂覆层，经消毒液擦拭后，将第一光纤101的一端面切平，插入40％浓度的弱酸溶液中腐蚀20min，然后将腐蚀过的第一光纤101端面在蒸馏水中浸泡稀释，再将第一光纤101 放入超声清洗机清洗，以去除残留弱酸，防止其持续腐蚀破环光纤端面。最后将第一光纤101的腐蚀端面与第二光纤102的一端面通过熔接机熔接，如图1所示，A处表示第一光纤101和第二光纤102熔接的位置。
其中，本实施例中弱酸采用HF酸，本实施例中的消毒液采用酒精进行擦拭。
所述第一光纤101和第二光纤102采用LSM-12大模场光纤，包层直径125μm，纤芯直径12μm。
所述弱酸溶液的浓度在35％～45％范围内，本实施例中选择40％的浓度。
所述腐蚀的时间控制在15min～25min范围内。
其中，第一光纤101和第二光纤熔接时设置的放电参数为：清洁放电时间150ms，预熔功率为标准+10bit，预熔时间为270ms，放电 1功率为标准+10bit，放电时间为1500ms。
图2所示为本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的光纤传感器应变系统的结构示意图，如图2所示，一种喷洒药液流量传感器的光纤传感器应变系统，包括宽带光源201，药液流量传感器204，光谱仪203和三端环行器202，所述宽带光源201，药液流量传感器204，光谱仪203分别与三端环行器202连接。
其中光纤传感器204浸泡在药液中，光纤横穿药液流经的管道处且有一定的预紧力，通过光纤环行器202与光纤传感光谱分析仪203 相连。光谱分析设备本实施例采用Yokogawa公司生产的光纤传感分析仪，在本实施例中进行反射光谱的采集；光纤环行器使用光纤F-P 腔的反射干涉光谱传输至光纤传感分析仪。
图3所示为本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的反射干涉光谱图；如图3所示的时传感器的反射干涉谱图。当药液流速发生变化时，药液的冲击使传感器受冲击而发生形变，引起波长的漂移，由波长变化可解调出流速的变化。
图4所示为本发明基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器的波长漂移与流量的关系曲线图。从图4中可以看出，将传感器进行标定，绘制波长—液位关系曲线，并对其波长进行拟合，其中拟合比R2＝0.9987，表明该传感器具有良好的线性度。
所述液位与FBG波长漂移的线性关系为：
y=0.01573x+1.546.75
其中，x表示液位高度，y表示波长漂移量。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种基于光纤F‐P的喷洒药液流量传感器，包括第一光纤和第二光纤，其特征在于，所述第一光纤一端去除涂覆层，经消毒液擦拭后，将所述第一光纤的一端面切平，插入弱酸溶液中腐蚀，然后稀释；
第一光纤的腐蚀端面与第二光纤的一端面通过熔接机熔接。
2.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤采用LSM-12大模场光纤，包层直径125μm，纤芯直径12μm。
3.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述稀释过程包括：将腐蚀过的第一光纤端面在蒸馏水中浸泡稀释，再将第一光纤放入超声清洗机清洗，以去除残留弱酸，防止其持续腐蚀破环光纤端面。
4.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述弱酸溶液的浓度在35％～45％。
5.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述腐蚀的时间在15min～25min范围内。
6.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述熔接时设置的放电参数为：清洁放电时间150ms，预熔功率为标准+10bit，预熔时间为270ms，放电1功率为标准+10bit，放电时间为1500ms。
7.根据权利要求1所述的喷洒药液流量传感器，其特征在于，所述液位与FBG波长漂移的线性关系为：
y＝0.01573x+1546.75
其中，x表示液位高度，y表示波长漂移量。
8.一种包括权利要求1所述的喷洒药液流量传感器的光纤传感器应变系统，其特征在于，所述光纤传感器应变系统包括宽带光源，药液流量传感器，光谱仪和三端环行器，所述宽带光源，药液流量传感器，光谱仪分别与三端环行器连接。
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