CN112649069B - 一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 - Google Patents
一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112649069B CN112649069B CN202011483483.7A CN202011483483A CN112649069B CN 112649069 B CN112649069 B CN 112649069B CN 202011483483 A CN202011483483 A CN 202011483483A CN 112649069 B CN112649069 B CN 112649069B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- liquid level
- strain
- tank body
- fiber sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，包括应变传感光纤、OFDR解调装置、超声激励装置组成。应变传感光纤与OFDR解调装置的输出端通过光纤连接；应变传感光纤固定在待测容器外壁，以形成阵列式光纤传感网络，通过超声激励装置产生触发信号，进而基于光纤传感网络和OFDR解调装置确定待测容器内的溶液的液面高度。该方法用于快速准确检测航天推进器液位状态，保证航天器稳定可靠运行。本发明可以获取三维液面信息，而且获取数据精度高，体积小，重量轻，具备恶劣环境下持续传感的能力。同时，和电学液位器的测量方式相比较，传感器的重量减轻，也消除了设备产生火花引爆可燃液体造成的重大损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测器，具体涉及一种大型低温储液罐的液位检测系统，属于非接触式检测技术领域。
背景技术
目前用于检测低温罐体液位的方法主要分为两类，一类为接触式测量，如静压投入式液位计和球浮式液位计等；另外一类为非接触式测量，如超声波液位计和雷达液位计等。应用在运载器推进剂罐体的液位检测方法主要为张线电容液位计，即在运载器罐体内部的结构空挡间布置高强度张线，张线上挂装电容传感器进行测量。由于运载器应用环境恶劣，飞行过程中状态复杂多样，在罐体内部布置液位检测设备难度较大，且存在检测准确率较低，响应速度较慢等问题。综上所述，目前还没有成熟的运载器液位检测方法。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，能够准确地获取罐体内液位高度数据，以实现对罐体内液体的有效控制。
本发明采用的技术方案为：一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，包括：应变光纤传感器(100)、数据采集与处理模块(5)、OFDR解调装置(4)、控制模块(6)、显示模块(7)、超声激励装置(2)；
应变光纤传感器(100)为多个分布式敷设在待测罐体(1)外，形成阵列式光纤传感网络；
待测罐体(1)内装有溶液(3)；
应变光纤传感器(100)连接数据采集与处理模块(5)；
超声激振器(2)安装在罐体外上部，与控制模块(6)连接，受控制模块(6)控制能够产生振动激励，作用于待测罐体(1)上；待测罐体(1)产生振动，使待测罐体(1)的液面分界处对应的罐壁位置上下的振动特性产生差异；
数据采集与处理模块(5)向应变光纤传感器(100)发送光信号，光信号沿罐体方向在应变光纤传感器(100)传输后，通过非接触罐内溶液(3)的测量方式进行探测，采集到光信息后，返回至数据采集与处理模块(5)；
数据采集与处理模块(5)，接收到光信号后，将光信号转换为电信号后，送至OFDR解调装置(4)；
OFDR解调装置(4)，对电信号进行解调，得到液面高度信息，通过显示模块(7)进行显示，完成液位检测。
优选的，振动特性，包括：振动幅度和振动频率。
优选的，应变光纤传感器(100)为多个，沿罐体轴向敷设，均匀沿罐体周向均匀分布。
优选的，应变光纤传感器(100)贴在罐体外表面后用硅橡胶固定，沿罐体周向每间隔固定角度布设一个应变光纤传感器(100)。
优选的，数据采集与处理模块(5)将应变光纤传感器(100)的一端引入其中。
优选的，应变光纤传感器(100)由单模应变光纤传感器组成，用硅橡胶进行涂覆和固定在罐体外部，形成光纤涂覆结构，并利用保护装置支撑保护。
优选的，待测罐体(1)为圆柱形，固定后的n个应变光纤传感器(100)所形成的阵列式光纤传感网络中相邻两个的应变光纤传感器(100)在容器侧壁间隔角度θ(°)为：
其中，n表示单模应变光纤传感器(100)的数量。
优选的，超声激励装置(2)，具体如下：超声激励装置(2)产生正弦脉冲振动，为罐体产生激励源；该装置位于罐体上方，控制模块(6)产生振动触发信号，激发超声激励装置(2)。
优选的，阵列式光纤传感网络中相邻两根应变光纤传感器(100)之间使用串接方式相互连接；串接具体要求为：在每根串接光纤的总长度不能超过50m。
优选的，工作方式：布置所有装置设备到罐体；启动超声激励装置(2)；应变光纤传感器(100)对罐体进行实时检测，实时回传液位检测信息至数据采集与处理模块(5)；由数据采集与处理模块(5)进行采集和光电转换后，送至OFDR解调装置(4)，由OFDR解调装置(4)对回传的光信号进行解调处理，得到液位高度信息形成目标位置；输出目标位置，实现液位检测。
本发明相比于现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的分布式光纤液位传感系统，安装工艺简单，造价低廉，且具备光纤传感元件抗电磁干扰、尺寸小(标准裸光纤为125μm)、重量轻、具备良好的耐温性(工作温度上限可达400～600℃)、复用能力强、传输距离远(传感器到解调端可达几公里)、耐腐蚀、高灵敏度、被动器件、易形变等优点；重量和成本的降低对于航空航天领域的未来发展起着至关重要的作用。
(2)本发明所述的分布式光纤液位传感系统，可提供精确而安全的液位测量，不仅适用宇航领域，更能拓展应用于许多医疗，工业和制药领域。
(3)本发明所述的分布式光纤液位传感系统，可提供火箭燃料含量的实时数据，预警火箭飞行过程中的薄弱环节以及潜在隐患，为未来飞行器燃料储备性能优化设计(降低重量等)提供数据支撑。在航天领域，有效的火箭燃料含量监测技术是减小火箭发射投资风险的关键，而光纤液位传感系统技术将在此基础上进一步综合火箭的设计，建造，发射，甚至回收等生命周期的各个环节，不仅能评估火箭健康状态，更能预测火箭短期内的燃料用量，及时调整火箭飞行状态并对下一代飞行器的性能优化设计提供技术支持，实现火箭可持续发展的最终目标。
(4)本发明所述的分布式光纤液位传感系统的精确测量和易用性，使得该分布式光纤液位传感系统为超低温液体含量监测的广泛应用提供了重要的价值。可在多种大容器内进行液位测量的各种行业或难以测量的材料(例如低温液体)中使用：航空航天，特别是监测运载火箭和卫星的液体燃料；化学或炼油厂，监测设备的流体流量；用于测量工业罐体中低温或其他液体的液位(例如用于液体天然气储存和运输)；石油和天然气工业的原料存储监测；核反应堆燃料液位监测；食品和饮料制造；制药业；医疗和手术器械。
附图说明
图1是本发明一种基于应变光纤传感器的液位检测系统整体示意图；
图2是本发明仿真模型示意图；
图3是本发明仿真结果数据图；
图4是本发明涉及的光纤传感原理技术示意图；
图5是本发明一种基于应变光纤传感器的液位检测系统工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，包括应变传感光纤、OFDR解调装置、超声激励装置组成。应变传感光纤与OFDR解调装置的输出端通过光纤连接；应变传感光纤固定在待测容器外壁，以形成阵列式光纤传感网络，通过超声激励装置产生触发信号，进而基于光纤传感网络和OFDR解调装置确定待测容器内的溶液的液面高度。该方法用于快速准确检测航天推进器液位状态，保证航天器稳定可靠运行。本发明可以获取三维液面信息，而且获取数据精度高，体积小，重量轻，具备恶劣环境下持续传感的能力。同时，和电学液位器的测量方式相比较，传感器的重量减轻，也消除了设备产生火花引爆可燃液体造成的重大损失。
在大型储液罐体中，尤其是需要实时监测罐体内部液位变化情况的运载器推进剂低温罐体来说，在航天运载器发射和升空过程中,推进剂液位的准确测量是影响发射的重要因素之一。液位传感器主要用于实时、连续、准确地提供推进剂剩余量信息，以便于进一步控制发动机，调节阀门开闭状态，监控发动机的推进剂混合比，保持贮箱中氧化剂、燃料剂质量比在最佳范围内。因此，准确测量航天器和火箭的低温推进剂液位对于完成各太空任务起着至关重要的作用，是减少火箭投资风险的关键，是实现未来航天器可持续发展的重中之重。
对于航天特殊测量环境下的液位传感器来说，由于其使用环境的特殊性，测量装置不但需要精度高，体积小，重量轻，还要具备恶劣环境下持续传感的能力。在现代化的航天运载火箭发射过程中，随着采用计算机控制系统对各结构进行各种综合控制与管理的普及以及控制系统的智能化、统一化，液位测量技术需要满足更高的需求，例如，测量的对象要广，测量的精度要高，可靠性要好，实用性要强，且适用于特殊测量环境等。尤其是当液面具有波动，或液面高度随时间动态改变，或被测介质具有粘滞性、导电性或需要考虑容器的密封性以及燃料介质的腐蚀性、毒性和易爆炸性等情况下，开发适用于航天领域的多点测量，重量轻、本质安全、耐腐蚀的液位传感器就显得尤为重要。
光纤液位传感器是利用光纤作为敏感元件或者传输通道的先进液位传感器。与传统传感器相比，光纤一般传感器具有灵敏度高、动态范围大、频带范围大、功耗低、寿命长、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点。在易燃、易爆液体的液位测量场合，光纤液位传感器可实现敏感头无源，本质安全，而且光纤本身可以作为信号的远程传输通道，具有一般电类液位传感器所不具备的技术优势。因此，光纤液位传感器非常适合于航空航天领域中对于各种易燃、易爆、强腐蚀的液体燃料储罐进行液位测量。
本发明一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，包括：应变光纤传感器(100)、数据采集与处理模块(5)、OFDR解调装置(4)、控制模块(6)、显示模块(7)、超声激励装置(2)；
优选的，应变光纤传感器的液位检测系统利用应变光纤传感器(100)敏感振动环境参数的变化，从而获得液位信息。应变光纤传感器(100)主要利用光纤材料的光敏特性在光纤的纤芯上建立一种空间周期性折射率分布，从而改变或控制光在该区域的传播行为方式。在外部应变的作用下，纤芯有效折射率和周期发生变化，从而使中心波长发生移动。利用光纤的中心波长和温度/应变的关系，采用适当的封装方式，可以将该传感器用于应变、振动、位移参量的测量；
优选的，应变光纤传感器(100)为多个分布式敷设在待测罐体(1)外，形成阵列式光纤传感网络；罐体(1)成圆柱状桶形，沿罐体外壁轴向敷设若干应变光纤传感器(100)，应变光纤传感器(100)通过硅橡胶与罐体外壁粘连，同时在硅橡胶涂覆层上加以外层支撑作为保护；
待测罐体(1)内装有溶液(3)；
应变光纤传感器(100)连接数据采集与处理模块(5)；
优选的，超声激振器(2)安装在罐体内上部，与控制模块(6)连接，受控制模块(6)控制能够产生振动激励，作用于待测罐体(1)上；待测罐体(1)产生振动，使待测罐体(1)的液面分界处对应的罐壁位置上下的振动特性产生差异；(振动特性，包括：振动幅度和振动频率)；数据采集与处理模块(5)向应变光纤传感器(100)发送光信号，光信号沿罐体方向在应变光纤传感器(100)传输后，通过非接触罐内溶液(3)的测量方式进行探测，优选为：测量液位的基本原理是利用聚合物光纤中探测的光功率变化与光纤所处的外部环境折射率相关特性来实现的，应变光纤传感器(100)在外部振动的作用下，纤芯在不同位置所处的应变状态也不尽相同，进而纤芯有效折射率和周期发生变化，从而使中心波长发生移动。利用光纤的中心波长和温度/应变的关系，进行数据的判读。采集到光信息后，返回至数据采集与处理模块(5)；
数据采集与处理模块(5)，接收到光信号后，将光信号转换为电信号后，送至OFDR解调装置(4)；
OFDR解调装置(4)，对电信号进行解调，具体如下：
脉冲扫描激光器，用于连续向应变光纤传感器(100)发射光脉冲，以使应变光纤传感器(100)的各光纤长周期光栅LPG传感器(5)根据所述光脉冲产生光反射；
接收模块，用于接收各光纤长周期光栅LPG传感器(5)返回的反射光；
解析模块，用于根据接收到的各光纤长周期光栅LPG传感器(5)返回的反射光的光强度以及中心波长，确定待测容器(1)内的溶液(3)的液面高度。
优选的，应变光纤传感器(100)为多个，沿罐体轴向敷设，均匀沿罐体周向均匀分布。
优选的，应变光纤传感器(100)贴在罐体外表面后用硅橡胶固定，沿罐体周向每间隔固定间隔布设一个应变光纤传感器(100)。
优选的，数据采集与处理模块(5)将应变光纤传感器(100)的一端引入其中。
优选的，应变光纤传感器(100)由单模应变光纤传感器组成，用硅橡胶进行涂覆和固定在罐体外部，形成光纤涂覆结构，并利用保护结构支撑保护光纤涂覆结构。
优选的，待测罐体(1)为圆柱形，固定后的n个应变光纤传感器(100)所形成的阵列式光纤传感网络中相邻两个的应变光纤传感器(100)在容器侧壁间隔角度θ(°)为：
其中，n表示单模应变光纤传感器(100)的数量。
优选的，超声激励装置(2)，具体如下：超声激励装置(2)产生正弦脉冲振动，为罐体产生激励源。该装置位于罐体上方，受控制模块(6)控制。优选的，控制模块(6)可实时监测超声激励装置(2)产生的激励信号，控制模块(6)具有反馈控制功能，可随探测信号的强弱对振动幅度进行闭环控制，从而实现对振动源的精确调节。
优选的，基于应变光纤传感器的液位检测系统具体工作方式如下：布置所有装置设备到罐体；启动超声激励装置(2)；应变光纤传感器(100)对罐体进行实时检测，实时回传液位检测信息至数据采集与处理模块(5)；由数据采集与处理模块(5)进行采集和光电转换后，送至OFDR解调装置，由OFDR解调装置对回传的光信号进行解调处理，得到液位高度信息形成目标位置；输出目标位置，实现液位检测。
优选方案为：分布式光纤应变传感系统的基本原理如图4所示，将激光脉冲(频率为ν0)注入传感光纤，激光脉冲和光纤中的声波场相互作用会产生后向传播的布里渊散射光；布里渊散射光相对于入射光的频率变化(布里渊频移νB)和传感光纤的温度、应变之间具有良好的线性关系，从而可以实现温度、应变的分布式测量。
优选方案为：罐体优选为铝合金高压封闭罐体，呈圆柱桶形，内部具有用于支撑保护的加强筋等结构，最大截面半径应小于3m，最大高度应小于10m，出液口在罐体上部；溶液为可燃性液体或助燃剂等用于火箭发射的助推剂，温度一般在-173℃左右，而光纤对温度适应性较为广泛，完全可以满足对低温溶液的参数监测，并保证较高的稳定性；罐体振动对其本身使用并无附加影响，故采用对罐体施加振动的方式进行液面位置的获取是面向大尺寸低温罐体较优的方案。
优选方案为：本发明的液位检测方法，主要由敷设在罐体外部的分布式应变光纤传感器(100)、OFDR解调装置(4)、超声激励装置(2)等组成，如图1所示。超声激振器(2)作用于罐体上部，用于产生振动激励；应变光纤传感器(100)沿罐体轴向敷设，用硅橡胶固定在罐体外表面，每间隔固定间隔布设一条光纤；OFDR解调装置(4)将光纤引入其中，解析结果，实时输出。
应变光纤传感器(100)与OFDR解调装置(4)的输出端通过光纤连接；
优选方案为：应变光纤传感器(100)通过粘接结构固定在待测罐体(1)内，以形成阵列式光纤传感网络，进而基于阵列式光纤传感网络和OFDR解调装置(4)确定待测罐体(1)内的溶液(3)的液面高度。
优选方案为：应变光纤传感器(100)，具体如下：传感光纤由单模应变光纤传感器组成，用硅橡胶进行涂覆和固定在罐体外部，并利用保护结构支撑保护光纤涂覆结构。
优选方案为：超声激励装置(2)，具体如下：超声激励装置产生正弦脉冲振动，为罐体产生激励源。该装置位于罐体上方，附带有反馈控制器。
优选方案为：OFDR解调装置(4)，具体如下：该装置主要包括偏振控制器、激光源、信号放大器、温控光栅、模数转换装置、信号采集卡等组件构成。该装置将光信号转变为电信号将信息输出。
两根应变光纤传感器(100)之间使用串接方式相互连接。
优选方案为：该系统优选工作方式如下：布置所有装置设备到罐体；启动超声激励装置和相关解调设备；应变光纤液位检测系统对罐体进行实时检测；实时回传液位检测信息；OFDR解调装置对回传的光信号进行解调处理，得到液位高度信息；输出目标位置，实现液位检测。
优选方案为：分布式光纤液位检测系统的主要原理是利用罐体在液位交界面上的密度差异，进而在外加激励作用下产生的响应应变幅值的跳跃来获得液位高度。通过在罐体一端施加适当大小的振动激励，液位传感光纤分别在液体和气体两个区域内经过时，应变响应均为平稳改变，由于液体与气体密度的不同，当经过交界面时，应变响应会发生跳跃，测量应变光纤的幅值变化，从而获得液体液位的准确信息。因此通过测量应变光纤的应变幅值变化可以快速获得液位的信息。
为了证明在液面分界处的罐体外壁应变幅值是否会发生明显跳跃，用ANSYSWORKBENCH有限元分析软件进行仿真分析。用两块长方体薄板模拟罐体外壁与罐体内部液体，较长的薄板代表罐体，较短的薄板代表液体，如图2所示。将两块对齐端做固定约束，较长薄板上施加正弦变化的压强，观测罐体外壁侧沿长边方向应变幅值的变化情况。通过仿真分析得到数据后绘图如3所示，从图中可以看出，在液体交界面上发生了应变幅值的明显跳变。从上述仿真结果可以看出测量储液罐罐壁受振动激励产生的应变幅值变化可以获得液位高度。
基于光频域反射计的光纤解调技术(OFDR解调装置)与使用脉冲激光源的光时域反射计不同，光频域反射计使用高度相干的连续波激光源，其波长在感测测量期间线性扫描。在对接收器检测到的后向散射光干涉信号执行傅里叶变换之后，可以提取干扰信号的频率并将其映射到散射光的相应光纤段的位置。基于光频域反射计的光纤传感器解调仪(变换器、测量终端)由光源、光学信号处理、光电信号检测、信号解调和电气接口组成，探测光纤温度/应变传感器输出的光信号并解调出应变信号。光波频率(波长)扫描的窄线宽激光器分成两路，其中一路输入待测量光纤，另一路光作为本振光；带测量光纤的反射光和本振光在耦合器中叠加产生干涉信号。带测量光纤中不同位置的反射光和本振光之间具有不同的延时；由于激光器的频率(波长)随时间在进行扫描，不同的延时的光信号和本振光之间具有不同的频率差。通过光信号的频率，就可以确定传输延时和反射光的位置，实现分布式测量。该解调设备目前可以达到60Hz的采样频率，3mm的空间分辨率，测量精度优于1με，测量距离可达100m，满足目前绝大储液罐的液位检测要求。
如图1所示，一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，优选包括应变传感光纤、OFDR解调装置、超声激励装置、显示设备等。应变传感光纤从罐体侧壁获得由超声激励源发出的罐体振动参数信息，将信息传输至OFDR解调装置，解调装置将数据处理后再显示设备输出对应结果，完成对罐体液位的检测。
优选方案为：应变传感光纤敷设在运载器推进剂罐体的外侧，由硅橡胶粘合，并在外壁做好保护外壳。光纤的布设采用对称式布置，绕罐体一周每隔45°布置一个应变传感光纤，共计8根，每根光纤沿罐体轴向布置。
优选方案为：OFDR解调装置将传感光纤引入，做数据的判别与分析，输出对应的液位信息。该装置主要包括偏振控制器、激光源、信号放大器、温控光栅、模数转换装置、信号采集卡等组件构成。该装置将光信号转变为电信号将信息输出。
优选方案为：超声激励装置使罐体外壁产生振动，使传感光纤获得相应振动参数。该装置布置于罐体上部，该激励为正弦函数激励。
图5为该方法的工作优选方式，具体如下：
(1)布置所有装置设备到罐体；
(2)启动超声激励装置和相关解调设备；
(3)应变光纤液位检测系统对罐体进行实时检测；
(4)实时回传液位检测信息；
(5)OFDR解调装置对回传的光信号进行解调处理，得到液位高度信息；
(6)输出目标位置，实现液位检测。
本发明的检测系统进一步优选方案为：如图4所示，布里渊频移νB和应变、温度具有良好的线性关系：
在1550nm波段，标准单模光纤中布里渊散射光的频移约为11GHz(～0.1nm)，布里渊频移、自发布里渊散射光强度的应变、温度灵敏度系数约为：
为了消除环境温度对应变测量的影响，可以采用：
a、测量自发布里渊散射光的强度PB做参考补偿
自发布里渊散射光的强度PB和应变、温度同样存在良好的线性关系：
由于光纤的自发布里渊散射光的频移和强度的应变、温度灵敏度系数满足条件
通过测量光纤中自发布里渊散射光的频移和强度可以实现应变和温度的区分测量：
b、对环境温度影响进行补偿
针对传感光纤的布里渊频移对温度、应变的同时敏感，可以采用拉曼分布式光纤温度传感器、光纤传感器测量环境温度变化，补偿环境温度对传感光纤应变测量的影响，从而提高系统对环境温度的耐受度。
如图3所示是本发明仿真结果数据图；在实验室条件下，将光纤传感器用于复合材料管件、板件固化过程中的温度、应变监测试验，为工艺改进提供实验数据支持。在室温至±165℃范围内、0～3000με应变范围内实现了对温度、应变的在线监测；将光纤传感器用于复合材料试件的力学试验，测量的试件应变和拉力之间的曲线具有良好的线性。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于包括：应变光纤传感器(100)、数据采集与处理模块(5)、OFDR解调装置(4)、控制模块(6)、显示模块(7)、超声激励装置(2)；
应变光纤传感器(100)为多个分布式敷设在待测罐体(1)外，形成阵列式光纤传感网络；
待测罐体(1)内装有溶液(3)；
应变光纤传感器(100)连接数据采集与处理模块(5)；
超声激励装置 (2)安装在罐体外上部，与控制模块(6)连接，受控制模块(6)控制能够产生振动激励，作用于待测罐体(1)上；待测罐体(1)产生振动，使待测罐体(1)的液面分界处对应的罐壁位置上下的振动特性产生差异；
数据采集与处理模块(5)向应变光纤传感器(100)发送光信号，光信号沿罐体方向在应变光纤传感器(100)传输后，通过非接触罐内溶液(3)的测量方式进行探测，采集到光信息后，返回至数据采集与处理模块(5)；
数据采集与处理模块(5)，接收到光信号后，将光信号转换为电信号后，送至OFDR解调装置(4)；
OFDR解调装置(4)，对电信号进行解调，得到液面高度信息，通过显示模块(7)进行显示，完成液位检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：振动特性，包括：振动幅度和振动频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：应变光纤传感器(100)为多个，沿罐体轴向敷设，沿罐体周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：应变光纤传感器(100)贴在罐体外表面后用硅橡胶固定，沿罐体周向每间隔固定角度布设一个应变光纤传感器(100)。
5.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：数据采集与处理模块(5)将应变光纤传感器(100)的一端引入其中。
6.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：应变光纤传感器(100)由单模应变光纤传感器组成，用硅橡胶进行涂覆和固定在罐体外部，形成光纤涂覆结构，并利用保护装置支撑保护。
7.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：待测罐体(1)为圆柱形，固定后的n个应变光纤传感器(100)所形成的阵列式光纤传感网络中相邻两个的应变光纤传感器(100)在容器侧壁间隔角度θ(°)为：
其中，n表示单模应变光纤传感器(100)的数量。
8.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于：超声激励装置(2)，具体如下：超声激励装置(2)产生正弦脉冲振动，为罐体产生激励源；该装置位于罐体上方，控制模块(6)产生振动触发信号，激发超声激励装置(2)。
9.根据权利要求7所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其特征在于，阵列式光纤传感网络中相邻两根应变光纤传感器(100)之间使用串接方式相互连接；串接具体要求为：每根串接光纤的总长度不能超过50m。
10.根据权利要求1所述的一种基于应变光纤传感器的液位检测系统，其具体工作流程如下：布置所有装置设备到罐体；启动超声激励装置(2)；应变光纤传感器(100)对罐体进行实时检测，实时回传液位检测信息至数据采集与处理模块(5)；由数据采集与处理模块(5)进行采集和光电转换后，送至OFDR解调装置(4)，由OFDR解调装置(4)对回传的光信号进行解调处理，得到液位高度信息形成目标位置；输出目标位置，实现液位检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011483483.7A CN112649069B (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011483483.7A CN112649069B (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112649069A CN112649069A (zh) | 2021-04-13 |
| CN112649069B true CN112649069B (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=75354186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011483483.7A Active CN112649069B (zh) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | 一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112649069B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113916323A (zh) * | 2021-09-10 | 2022-01-11 | 深圳伊讯科技有限公司 | 储油罐光纤液位智能监测系统 |
| CN113932884B (zh) * | 2021-10-14 | 2022-09-02 | 大连理工大学 | 一种基于光纤阵列液位传感器的液位测量系统及制备方法、使用方法 |
| CN114216498A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-22 | 领翌技术(横琴)有限公司 | Ibc桶状态检测装置 |
| CN116817175B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-14 | 四川雅韵能源开发有限责任公司 | 一种基于光纤传感的液化天然气储罐监测预警方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203719735U (zh) * | 2014-03-07 | 2014-07-16 | 嘉应学院 | 一种基于光声效应的液位测量装置 |
| CN206378181U (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-04 | 宁波大学 | 一种液体液位检测装置 |
| CN107167217A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-15 | 田志鹏 | 一种声光耦合的光纤液位传感器系统 |
| 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 |
| CN111637929A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-09-08 | 唐山市智明电子科技有限公司 | 一种罐体监测装置、监测系统及监测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9052230B2 (en) * | 2011-05-13 | 2015-06-09 | Chevron U.S.A. Inc | Industrial process monitoring and imaging |
| KR20160101419A (ko) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 한국전자통신연구원 | 수위 계측 장치 및 수위 계측 방법 |
-
2020
- 2020-12-15 CN CN202011483483.7A patent/CN112649069B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203719735U (zh) * | 2014-03-07 | 2014-07-16 | 嘉应学院 | 一种基于光声效应的液位测量装置 |
| CN206378181U (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-04 | 宁波大学 | 一种液体液位检测装置 |
| CN107167217A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-15 | 田志鹏 | 一种声光耦合的光纤液位传感器系统 |
| 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 |
| CN111637929A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-09-08 | 唐山市智明电子科技有限公司 | 一种罐体监测装置、监测系统及监测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《基于光纤传感的航天器结构健康状态监测研究》;邵飞 等;《航天器工程》;20180430;第27卷(第2期);第95-102页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112649069A (zh) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112649069B (zh) | 一种基于应变光纤传感器的液位检测系统 | |
| Joe et al. | A review on optical fiber sensors for environmental monitoring | |
| US8203707B2 (en) | Method and apparatus for distributed sensing utilizing optical scattering in optical waveguides | |
| CN109506738B (zh) | 一种分布式光纤液位传感系统 | |
| Hegde et al. | Fiber Bragg grating sensors for aerospace applications: A review | |
| Huang et al. | Multi-parameter dynamical measuring system using fibre Bragg grating sensors for industrial hydraulic piping | |
| CN110849436B (zh) | 一种光纤液位传感器及其工作方法 | |
| Ran et al. | Design and demonstration of a liquid level fiber sensor based on self-imaging effect | |
| Zhang et al. | Polymer optical fiber continuous liquid level sensor for dynamic measurement | |
| Peters et al. | Fiber optic sensors for assessing and monitoring civil infrastructures | |
| Onorato et al. | Optical fiber fuel level sensor for aeronautical applications | |
| Ge et al. | Reflected light intensity-modulated continuous liquid level sensor based on oblique end face coupling optical fibers | |
| Lalam et al. | Pipeline monitoring based on ultrasonic guided acoustic wave and fiber optic sensor fusion | |
| CN101614654A (zh) | 一种基于光单脉冲多次反射相干的光氢敏传感器 | |
| CN208224170U (zh) | 一种基于光纤光栅的声发射检测装置 | |
| Gao et al. | Strain monitoring of combustible gas implosion test based on fiber Bragg grating | |
| Kazemi et al. | Fiber optic cryogenic liquid level detection system for space applications | |
| RU77420U1 (ru) | Универсальный волоконно-оптический модульный телеметрический комплекс, регистрирующий модуль, сенсорная головка и модуль расширения числа оптических каналов | |
| Erdem et al. | Liquid level sensor in automotive design | |
| Umesh et al. | Cryogenic liquid level detection using fiber Bragg grating sensor | |
| Gautam | A Design of High Temperature High Bandwidth Fibre Optic Pressure Sensors | |
| Hussels et al. | AGIFAMOR—Application of distributed acoustic and fibre optic sensors for continuous monitoring of pipes | |
| Kazemi et al. | Fiber optic liquid level sensor system for aerospace applications | |
| Zhao et al. | White-light interferometric fiber optic liquid level sensor based on MEMS Fabry-Perot cavity | |
| Kazemi1 et al. | Fiber Optic Liquid‐Level Sensor System for Aerospace Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |