CN110260947A - 一种光纤液位传感器及传感方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤液位传感器及传感方法，主要阐明利用去包层光纤中的光泄露比例测量液位的一种光纤器件，包括一根被去除了部分包层的光纤探头、单色光源、光耦合分束器、光隔离器、用于比例探测的两个光电转换器、信号调理电路。在端部或中部连续或多点去除光纤探头的包层，可以改变器件的灵敏度、信噪比、输出信号的连续或开关特性。本发明具有本征安全、电磁免疫、量程可调、稳定可靠、成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种光纤液位传感器及传感方法。
背景技术
自动化检测中液位传感器主要基于电学原理或者光电结合的原理，常见的技术是使液体部分地填充在一个电容的两极板之间至液面高度，基于液体和空气介电常数的差异，该可变电容值与液位之间是线性的关系。然而，在可燃气体环境中，例如油库，基于安全考虑电测器件的应用受到限制；电学器件通常还需要较多地考虑电磁干扰和电磁屏蔽问题。光学原理的液位传感方法能有效地回避这些局限。
本发明提供一种光纤光学原理的液位传感器件及方法，具有光测技术的典型优点且成本低廉。
发明内容
本发明的目的是为易燃、易爆液体的液位监测提供一种安全、可靠、廉价的远距离传感技术及器件。
本发明的技术方案如下：一种光纤液位传感器，其特征在于，包括一根被去除了部分包层的光纤探头，以及单色光源、光耦合分束器、光隔离器、用于比例探测的两个光电转换器、信号调理电路、输出及显示模块和电源，所述单色光源连接光耦合分束器的输入端，光耦合分束器的两个输出端分别连接光纤探头输入端、第一光电转换器，使用透射式光纤探头时，第二光电转换器直接连接光纤探头输出端，或者使用反射式光纤探头时，第二光电转换器将光耦合分束器的另一输入端作为反射光输出端连接，两个光电转换器连接信号调理电路，所述信号调理电路连接输出及显示模块，电源给单色光源、光电转换器、信号调理电路、输出及显示模块分别供电。
进一步的，所述的光纤探头在其被液体浸没的区域内被连续或多点去除了光纤包层。
进一步的，所述的光纤探头呈U型直立浸没在液体中时，光纤探头为透射式光纤探头，所述光纤探头的两端分别导入和输出光。
所述的光纤探头呈单端直立浸没在液体中时，光纤探头为反射式光纤探头，其浸入液体的光纤端面粘贴有反射镜，入射光及反射光共用所述光纤的光路。
进一步的，所述的单色光源包括激光器、发光二极管。
进一步的，所述的光纤探头材质不作任何限定。
一种光纤液位传感方法，单色光源发出的光传输到所述光纤探头被液体浸没的区域时从去除的包层处泄漏，光功率的损失比例对应于液位，第一光电转换器和第二光电转换器分别检测入射到所述光纤探头的光强和所述从去除的包层处泄漏之后的光强，所述的比例探测的两个光电转换器给出的光功率比例值即为液位传感信号，对应于光功率的未损失比例。
本发明的优点是：本征安全、电磁免疫、量程可调、稳定可靠、成本低廉、可远程检测。
附图说明
图1为本发明的第一种结构示意图。
图2为本发明的第二种结构示意图。
图中，1、光纤探头；2、单色光源；3、光耦合分束器；4、光隔离器；5、光电转换器；6、信号调理电路；7、输出及显示模块；8、电源。
具体实施方式
下面进一步举例描述本发明的技术方案，但要求保护的范围不局限于所述。
实施例1
如图1所示，箭头指示了光或电信号的传输方向，本发明是这样实现的，它包括一根被去除了部分包层的光纤探头1呈U型浸没在液体中，以及单色光源2、Y型光耦合分束器3、用于比例探测的两个光电转换器5、信号调理电路6、输出及显示模块7。光源2输出的光耦合到Y型光耦合分束器3，按50:50的功率比分束后一支连接光电转换器5，测得的光功率为I0；另一支连接光纤探头1的输入端。光纤探头1的U型弯曲部位被均匀连续地去除了部分光纤包层，光传输到包层被去除的光纤部位时会发生向外的泄露，U型部位浸没在液体中与裸露在空气中泄露的光功率不同，泄露的光功率与浸没在液体中的去包层长度成正比例。光纤探头1的另一端出射的光被另一个光电转换器5测得光功率为I1，则(1-I1/I0)为泄露的光功率比例，相应地，比例值I1/I0也就反映了光纤探头1的U型部位在液体中的浸没深度，即液位。光纤探头1的包层去除长度决定了液位测量范围，比例值I1/I0在0～1之间连续变化，即可以实现液位的连续测量；去除深度决定了灵敏度。信号调理电路6计算、处理该比例值，由输出及显示模块7将对应的液位值输出并显示。电源8分别为单色光源2、光电转换器5、信号调理电路6、输出及显示模块7供电驱动。
如果在光纤探头1的U型弯曲部位不是连续地去除一段长度的光纤包层，而是去除单点或多点的光纤包层，则所述的器件不能实现液位的连续测量，而是提供阶跃的开关信号。
实施例2
如图2所示，箭头指示了光或电信号的传输方向，本发明的器件包括一根在靠近端面处被去除了部分包层的光纤探头1单端直立浸没在液体中，以及单色光源2、2×2型光耦合分束器3、光隔离器4、用于比例探测的两个光电转换器5、信号调理电路6、输出及显示模块7。光源2输出的光经光隔离器4后连接到光耦合分束器3的输入端的一支，分束后一支输出端连接光电转换器5，测得的光功率为I0；另一支输出端连接光纤探头1的一端。光纤探头1的另一端被均匀连续地去除了部分光纤包层，端面上粘贴有反射镜。光传输到包层被去除的光纤部位时发生向外的泄露，泄露的光功率与浸没在液体中的去包层长度成正比例。镜面反射光再次泄露后回到光耦合分束器3，被分束后经光耦合分束器3的另一支输入端反向输出，由另一个光电转换器5测得光功率为I1。比例值I1/I0反映液位。信号调理电路6计算、处理该比例值，由输出及显示模块7将对应的液位值输出并显示。电源8分别为单色光源2、光电转换器5、信号调理电路6、输出及显示模块7供电驱动。
同样的，如果在光纤探头1的浸没区不是连续地去除一段长度的光纤包层，而是去除单点或多点的光纤包层，则所述的器件提供阶跃的开关信号。
Claims (7)
1.一种光纤液位传感器，其特征在于，包括一根被去除了部分包层的光纤探头，以及单色光源、光耦合分束器、光隔离器、用于比例探测的两个光电转换器、信号调理电路、输出及显示模块和电源，所述单色光源连接光耦合分束器的输入端，光耦合分束器的两个输出端分别连接光纤探头输入端、第一光电转换器，使用透射式光纤探头时，第二光电转换器直接连接光纤探头输出端，或者使用反射式光纤探头时，第二光电转换器将光耦合分束器的另一输入端作为反射光输出端连接，两个光电转换器连接信号调理电路，所述信号调理电路连接输出及显示模块，电源给单色光源、光电转换器、信号调理电路、输出及显示模块分别供电。
2.根据权利要求1所述的一种光纤液位传感器，其特征在于：所述的光纤探头在其被液体浸没的区域内被连续或多点去除了光纤包层。
3.根据权利要求1所述的一种光纤液位传感器，其特征在于：所述的光纤探头呈U型直立浸没在液体中时，光纤探头为透射式光纤探头，所述光纤探头的两端分别导入和输出光。
4.根据权利要求1所述的一种光纤液位传感器，其特征在于：所述的光纤探头呈单端直立浸没在液体中时为反射式光纤探头，其浸入液体的光纤端面粘贴有反射镜，入射光及反射光共用所述光纤的光路。
5.根据权利要求1所述的一种光纤液位传感器，其特征在于：所述的单色光源包括激光器、发光二极管。
6.根据权利要求1所述的一种光纤液位传感器，其特征在于：所述的光纤探头材质不作任何限定。
7.一种光纤液位传感方法，其特征在于：单色光源发出的光传输到所述光纤探头被液体浸没的区域时从去除的包层处泄漏，光功率的损失比例对应于液位，第一光电转换器和第二光电转换器分别检测入射到所述光纤探头的光强和所述从去除的包层处泄漏之后的光强，所述的比例探测的两个光电转换器给出的光功率比例值即为液位传感信号，对应于光功率的未损失比例。
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