CN114034355B - 一种液位传感器及液位传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种液位传感器及液位传感系统,以产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号，从而使所述光反馈信号经过处理后实现对待检测液位容器液位的测量，包括：流体腔；膜片；FBG腔，设于光纤位于流体腔内的部位；光纤，用于通过FBG腔传递光信号至光纤布拉格光栅传感器并通过FBG腔接收光纤布拉格光栅传感器产生的光反馈信号；光纤布拉格光栅传感器，用于感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；高压室以及低压室。本发明实施例通过光反馈信号实现了对待检测液位容器液位的测量。

Description

一种液位传感器及液位传感系统
技术领域
本发明涉及一种液位传感器及液位传感系统。
背景技术
在光纤纤芯传播的光将在每个光栅面处发生散射，如果不满足布拉格条件，依次排列的光栅平面反射的光相位将会逐渐变得不同直到最后相互抵消。当满足布拉格条件时，每个光栅平面反射回来的光逐步累加，最后会在反向形成一个反射峰，中心波长由光栅参数决定。
光栅布拉格条件为：
λB＝2neffΛ (1-1)
其中λB表示布拉格波长，neff表示光栅的有效折射率，Λ表示光栅周期。
对(1-1)式两边取微分，可得：
ΔλB＝2ΔneffΛ+2neffΔΛ (1-2)
应变和温度分别通过弹光效应与热光效应影响neff，通过长度和热膨胀效应影响周期Λ，从而使λB发生移动。因此，由公式(1-2)导出应变和温度变化对光栅中心波长的漂移为：
式中第一项表示应变对光纤的影响，第二项表示温度对光纤的影响。因此，外界扰动导致的中心波长的任何改变，都是由温度和应变两者的共同作用。
发明内容
本发明实施例提供一种液位传感器及液位传感系统,以产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号，从而使所述光反馈信号经过处理后实现对待检测液位容器液位的测量。
本发明实施例通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种液位传感器，包括：
流体腔；
膜片，设于流体腔内并与流体腔密封连接以将流体腔分隔为高压室和低压室；
FBG腔，设于光纤位于流体腔内的部位；
光纤，用于通过FBG腔传递光信号至光纤布拉格光栅传感器并通过FBG腔接收光纤布拉格光栅传感器产生的光反馈信号；
光纤布拉格光栅传感器，与膜片接触，用于感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；
高压室，用于填充流体并与待检测液位容器高压侧连通；以及
低压室，用于填充流体并与待检测液位容器低压侧连通。
进一步的，膜片的高压室侧和低压室侧分别设有固定板；光纤固定于固定板，每个固定板通过光纤布拉格光栅传感器与膜片连接。
进一步的，所述膜片焊接在流体腔的中心位置。
进一步的，所述光纤穿过流体腔固定在膜片的中心和固定板上。
进一步的，所述光纤的数量至少为2根。
进一步的，所述固定板为半球形板或扇形板，所述膜片的高压室侧的固定板和膜片的低压室侧的固定板的相对位置分别设有开孔。
进一步的，待检测液位容器的高压侧通过高压引压管与高压室连通，待检测液位容器的低压侧通过低压引压管与低压室连通。
进一步的，所述膜片焊接在流体腔内。
进一步的，所述流体为水。
第二方面，本发明实施例提供一种液位传感系统，包括：
所述液位传感器；
光纤光栅解调仪，用于向所述液位传感器的光纤发出光信号或通过光纤接收光反馈信号并对所述光反馈信号进行处理；以及
上位机，用于接收光纤光栅解调仪处理光反馈信号后产生的信息并进行处理得到待检测液位容器液位值。
本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种液位传感器及液位传感系统，通过光纤布拉格光栅传感器和膜片接触，感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；从而使所述光反馈信号经过光纤光栅解调仪和上位机处理后实现了对待检测液位容器液位的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为液位传感器的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-流体腔，2-膜片，3-光纤布拉格光栅传感器，4-流体，5-低压侧，6-固定板，7-光纤，8-高压侧。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
参考图1所示，本发明实施例提供一种液位传感器，包括：流体腔；膜片，设于流体腔内并与流体腔密封连接以将流体腔分隔为高压室和低压室；FBG腔，设于光纤位于流体腔内的部位；光纤，用于通过FBG腔传递光信号至光纤布拉格光栅传感器并通过FBG腔接收光纤布拉格光栅传感器产生的光反馈信号；光纤布拉格光栅传感器，与膜片接触，用于感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；高压室，用于填充流体并与待检测液位容器高压侧连通；以及低压室，用于填充流体并与待检测液位容器低压侧连通。
检测原理为：光纤中的将以单波长光通过FBG腔发射至光纤布拉格光栅传感器，光纤布拉格光栅传感器反射单波长光回FBG腔并通过光纤返回至其它处理装置进行处理；当膜片受到来自高压室和低压室两侧的不同压力时，膜片发生应变，与膜片接触的光纤布拉格光栅传感器感应应变，造成反射光中心波长变化，从而，使反馈光信号的波长相较于光信号的波长发生改变，当反馈光信号通过其它装置进行处理后，得到待检测液位容器的液位值，实现对待检测液位容器液位的测量。
从而，本发明实施例通过光纤布拉格光栅传感器和膜片接触，感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；从而使所述光反馈信号经过光纤光栅解调仪和上位机处理后实现了对待检测液位容器液位的测量。
进一步的，膜片的高压室侧和低压室侧分别设有固定板；光纤固定于固定板，每个固定板通过光纤布拉格光栅传感器与膜片连接。
参考图1所示，所述液位传感器包括流体腔1，膜片设于流体腔内部将流体腔分为两个相同大小的腔室，即高压室和低压室；膜片的左侧的低压室与待检测液位容器的低压侧5连通，膜片右侧的高压室与待检测液位容器的高压侧8连通；膜片的左右两侧分别设有固定板6，固定板6用于固定光纤，还用于通过光纤布拉格光栅传感器3与膜片2连接；光纤7用于传递光纤布拉格光栅传感器的光反馈信号至光纤光栅解调仪和上位机，以使上位机根据高压室和低压室的压差产生的光反馈信号进行处理，从而实现对待检测液位容器的液位的检测。
光纤具备抗辐照、可组网等特点，基于光纤的液位传感器可就近布置在待检测液位容器附近，减少了仪表管敷设，同时减少电缆敷设量。
可选地，所述流体腔为球体结构，所述膜片焊接在流体腔的中心位置。
可选地，所述流体腔为圆柱体结构，所述膜片焊接在流体腔的中心位置。
可选地，所述膜片与每个固定板之间均设有FBG腔，所述光纤从流体腔和膜片的中心穿过后固定在固定板上。
参考图1所示，光纤布拉格光栅传感器通过FBG腔将应变信息传递至光纤，光纤穿过流体腔和膜片正中，经过预紧后，焊接到光纤固定板上。
可选地，所述光纤的数量至少为3根。
可选地，所述固定板为弧形条。
参考图1所示，所述弧形条用于固定光纤，用将光纤布拉格光栅传感器固定在固定板与膜片之间。
可选地，所述固定板为半球形板或扇形板，所述膜片的高压室侧的固定板和膜片的低压室侧的固定板的相对位置分别设有开孔。
从而在固定板上关于膜片对称位置的开孔，能够使流体的压力均匀作用到膜片上，从而使最终对待检测液位容器的液位检测更准确。
可选地，所述流体腔的两侧分别设有开口，高压室通过一个开口与待检测液位容器的高压侧连通；低压室通过另一个开口与待检测液位容器的低压侧连通。
参考图1所示，流体腔的左右两侧分别设有开口，高压室通过左侧的开口与待检测液位容器的高压侧连通，低压室通过右侧的开口与待检测液位容器的低压侧连通。
可选地，待检测液位容器的高压侧通过高压引压管与高压室连通，待检测液位容器的低压侧通过低压引压管与低压室连通。
可选地，所述膜片焊接在流体腔内。
可选地，所述流体4为水。
第二方面，本发明实施例提供一种液位传感系统，包括：
上述液位传感器；
光纤光栅解调仪，用于向所述液位传感器的光纤发出光信号或通过光纤接收光反馈信号并对所述光反馈信号进行处理；以及
上位机，用于接收光纤光栅解调仪处理光反馈信号后产生的信息并进行处理得到待检测液位容器液位值。
检测原理如上，此不赘述。
从而，本发明实施例基于光纤布拉格光栅传感器，利用膜片在高压侧和低压侧发生形变时，带动光纤布拉格光栅传感器发生形变，导致反射光中心波长变化，通过对反射光中心波长变化产生的光反馈信号通过光纤光栅解调仪和上位机进行处理，最终得到待检测液位容器的液位值，从而实现对待检测液位容器的液位的检测；本发明实施例的液位传感器可用于核辐射环境，具体地，本发明实施例可用于核动力装置主回路液位的测量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液位传感器，其特征在于，包括：
流体腔；
膜片，设于流体腔内并与流体腔密封连接以将流体腔分隔为高压室和低压室；
FBG腔，设于光纤位于流体腔内的部位；
光纤，用于通过FBG腔传递光信号至光纤布拉格光栅传感器并通过FBG腔接收光纤布拉格光栅传感器产生的光反馈信号；
光纤布拉格光栅传感器，与膜片接触，用于感应膜片的应变并产生随待检测液位容器的高压侧与低压侧之间的差压变化而变化的光反馈信号；
高压室，用于填充流体并与待检测液位容器高压侧连通；以及
低压室，用于填充流体并与待检测液位容器低压侧连通；
膜片的高压室侧和低压室侧分别设有固定板；光纤固定于固定板，每个固定板通过光纤布拉格光栅传感器与膜片连接；
所述光纤穿过流体腔固定在膜片的中心和固定板上。
2.如权利要求1所述液位传感器，其特征在于，所述膜片焊接在流体腔的中心位置。
3.如权利要求1所述液位传感器，其特征在于，所述光纤的数量至少为2根。
4.如权利要求1所述液位传感器，其特征在于，所述固定板为半球形板或扇形板，所述膜片的高压室侧的固定板和膜片的低压室侧的固定板的相对位置分别设有开孔。
5.如权利要求1所述液位传感器，其特征在于，待检测液位容器的高压侧通过高压引压管与高压室连通，待检测液位容器的低压侧通过低压引压管与低压室连通。
6.如权利要求1所述液位传感器，其特征在于，所述膜片焊接在流体腔内。
7.如权利要求1-6任意一项所述液位传感器，其特征在于，所述流体为水。
8.一种液位传感系统，其特征在于，包括：
权利要求1-7任意一项所述液位传感器；
光纤光栅解调仪，用于向所述液位传感器的光纤发出光信号或通过光纤接收光反馈信号并对所述光反馈信号进行处理；以及
上位机，用于接收光纤光栅解调仪处理光反馈信号后产生的信息并进行处理得到待检测液位容器液位值。
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