CN114279526A - 一种光纤点云贮箱液体总量测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤点云贮箱液体总量测试系统及测试方法，包括设置在待测贮箱内壁的支架、设置在支架的液位传感器单元和与液位传感器单元依次电连接的光纤信号解调单元、液体总量解算单元。本发明通过在所述系统中设置与光纤液位传感单元一体并与待测贮箱适配安装的支架，解决大量光纤液位测点在贮箱内规律化分布并相对贮箱赋予明确空间位置的问题，提高液位测量的空间准度；支架可以具备折叠收放功能，光纤液位传感单元与其一同伸缩，可以应用于液体贮箱口较小的场合；采用全光方法，测量端未采用任何电阻、电容等电学元件，耐电磁干扰、腐蚀、高低温等恶劣环境能力强，适合于苛刻环境下长期长距离连续观测使用。

Description

一种光纤点云贮箱液体总量测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，具体涉及一种光纤点云贮箱液体总量测试系统及测试方法。

背景技术

液位传感器是一种用于测量液体深度或体积的常用仪表，尤其在密闭空间(如贮箱)液位测量的使用场景对测量精度及总量评估提出较高要求。

液位传感器包括直接测量和间接测量两种形式。其中，间接测量如压差式、浮子式，无论是通过压力公式换算或者测量液体表面漂浮物体位置的方法，都会引入额外系统误差，液位分辨率较低。而传统直接测量型液位传感器主要以电容式、光电式为主，此类传感器尺寸相对较大，重量较重。而且受通用电子元器件耐受能力限制，绝大部分电学传感器在高低温、强化学腐蚀、强电磁干扰等苛刻环境下无法继续使用。光纤液位传感器本身仅包含光纤器件及简单的机械结构，无需供电，也不用考虑材料电学性能。使用时通常将光纤液位传感器放置于待测环境中，而将光纤信号解调仪放置于相对温和的待测环境外，二者之间采用光缆相连接，所以这样的测量手段非常适合于苛刻环境液位测量。

对于目前已公开的光纤液位传感器及其测量系统而言，绝大多数案例仅关注于如何实现光纤液位敏感，如王婷婷等人提出的“光子晶体光纤液位传感器及其形成的传感系统”(CN101957227B)、冯文林等人提出的“基于多模干涉低温度响应迈克尔逊液位传感器及测量方法”(CN109974814B)；较少如仲志成等人提出的“分布式光纤多探头液位传感系统”(CN206321307U)、彭波等人提出的“一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器”(CN106595807A)，也仅从光电技术层面介绍了多点位测量的基本实现方法，而对于通常会采用大量传感器及柔性光缆的光纤液位测量系统而言，没有案例给出如何使测量系统更适配待测空间(如贮箱)的解决方法，这样会因空间基准差异造成液位测量结果不准确。其次，也没有案例给出基于大量光纤点式液位传感器实现液体总量评估的具体方法。

在实现本发明的过程中，申请人发现：一方面，现有贮箱用光纤液位测量系统没有给出能够适配待测空间的传感器及光缆布置方法，使得空间基准存在差异进而造成液位测量结果不准确；另一方面，缺少利用大量光纤点式液位测量结果实现贮箱内液体总量评估的具体方法。

发明内容

本发明是为了解决现有贮箱用光纤液位测量系统没有给出能够适配待测空间的传感器及光缆布置方法和使得空间基准存在差异进而造成液位测量结果不准确的问题，提供一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，通过在所述系统中设置与光纤液位传感单元一体并与待测贮箱适配安装的支架，解决大量光纤液位测点在贮箱内规律化分布并相对贮箱赋予明确空间位置的问题，提高液位测量的空间准度；支架可以具备折叠收放功能，光纤液位传感单元与其一同伸缩，可以应用于液体贮箱口较小的场合；采用全光方法，测量端未采用任何电阻、电容等电学元件，耐电磁干扰、腐蚀、高低温等恶劣环境能力强，适合于苛刻环境下长期长距离连续观测使用。

本发明提供一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括设置在待测贮箱内壁的支架、设置在支架上的液位传感器单元和与液位传感器单元依次电连接的光纤信号解调单元、液体总量解算单元；

支架包括引缆结构和设置在引缆结构上的多个编有唯一代号的传感器安装结构、定位连接结构、分缆结构，引缆结构为可折叠结构；

液位传感器单元包括设置在支架上的多个编有唯一代号的光纤式液位传感器和与设置在支架上与每个光纤式液位传感器均电连接的传光光缆，光纤式液位传感器的液体敏感部位伸出引缆结构并且固定在引缆结构外部；

光纤信号解调单元用于判断毎一个光纤液位传感器是否被液体浸没形成判断信号并输出至液体总量解算单元，液体总量解算单元用于接收判断信号并根据光纤式液位传感器的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，液体总量解算单元用于通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络并计算出贮箱液体总量。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，作为优选方式，光纤信号解调单元包括依次电连接的光纤插头、光开关、光源和与光开关依次电连接的光电探测器、信号采集与处理电路和数据发送电路，光纤插头与传光光缆末端电连接；

引缆结构为管状结构，传感器安装结构为贯通设置在引缆结构上的孔，引缆结构分为若干列设置在待测贮箱的侧面和顶面并汇聚至分缆结构，分缆结构设置在待测贮箱的顶面中心，定位连接结构固定在贮箱外表面；

传光光缆的起始端与光纤式液位传感器相连，传光光缆固定在引缆结构中部或外部并汇聚至分缆结构。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，作为优选方式，引缆结构为中空管，引缆结构包括引缆结构本体、引缆结构本体内部的管内空间和填充在管内空间的第一固定辅件，第一固定辅件为发泡填充物，传光光缆通过第一固定辅件固定在管内空间。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，作为优选方式，引缆结构为实心管，引缆结构包括引缆结构本体、设置在引缆结构本体表面的细缆引线位和固定在细缆引线位的第二固定辅件，细缆引线位为引缆结构本体的表面或者设置在引缆结构本体表面的微槽，第二固定辅件为扎带，传光光缆通过第二固定辅件固定在细缆引线位。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，作为优选方式，光纤式液位传感器包括光纤液位敏感元件和设置在光纤液位敏感元件外部的保护组件，

传光光缆包括与光纤液位敏感元件相连的细光缆和与细光缆末端连接的粗光缆；

分缆结构包括细缆分线位和设置在细缆分线位上端的粗缆固定零件，细缆分线位固定在细光缆末端和粗光缆起始端的外部，粗缆固定零件固定在粗光缆的内部；

液体总量解算单元包括依次电连接的数据接收电路、数据处理电路和数据处理软件。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，作为优选方式，待测贮箱与定位连接结构使用磁吸或交接或卡扣的方式固定，光纤式液位传感器和传感器安装结构之间使用以下任意方式固定：螺接、焊接、胶接和夹持，定位连接结构为磁铁或铁；

光纤液位敏感元件的液体敏感方式为折射率敏感、传感结构为荧光光纤；光纤液位敏感元件的传感结构为以下任意一种：倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔、荧光光纤和光纤头结构；

光纤插头为128芯的单插头、插芯端面为斜8°APC，光开关为2分128的MEMS光开关，光源为C+L波段宽带激光光源，光电探测器为光电二极管，信号采集与处理电路用于切换光开关的通道。

本发明提供一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，包括以下步骤：

S1、安装：将引缆结构通过定位连接结构固定在待测贮箱内壁，将光纤式液位传感器按照编号固定在对应的传感器安装结构上，使每个光纤式液位传感器相对于待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆通过引缆结构和分缆结构引出到引缆结构外部，并与光纤信号解调单元相连，光纤信号解调单元通过信号传输线路与液体总量解算单元相连；

S2、采集信号：当测贮箱中有液体时，所有光纤式液位传感器将判断是否被浸没的判断信号输出至纤信号解调单元，纤信号解调单元采集信号并输出至液体总量解算单元；

S3、贮箱液体总量计算：液体总量解算单元接收判断信号并根据光纤式液位传感器的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，再通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，并计算获得贮箱液体总量。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，作为优选方式，步骤S3包括以下步骤：

S31、三维建模：液体总量解算单元对待测贮箱进行三维建模，设定空间基准原点，建立三维坐标系；

S32、推算定位连接结构坐标值：

S33、推算传感器安装结构坐标值：

S34、构建三维“点云”：液体总量解算单元接收纤信号解调单元发送的判断信号，根据光纤式液位传感器的编号推算获得所有被浸没传感器空间坐标值，并构建三维三维空间分布点云；

S35、获得包络：再通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，形成一个闭合的包络体；

S36、获得贮箱液体总量：利用贮箱三维模型进行偏差矫正，获得贮箱内液体总量。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，作为优选方式，步骤S2中，纤信号解调单元采集信号并通过无线通信输出至液体总量解算单元，通信协议为以下任意一种：Li-Fi、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth和IrDA。

本发明所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，作为优选方式，步骤S2中，纤信号解调单元采集信号并通过有线通信输出至液体总量解算单元，通信协议为以下任意一种：100Base-FX、RS232、RS232、RS485、CAN和TCP/IP。

本发明提供一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括：光纤液位传感单元、支架、光纤信号解调单元、液体总量解算单元。光纤液位传感单元，包含编有唯一代号的光纤点式液位传感器若干和传光光缆；支架，包括编有唯一代号的传感器安装结构若干、引缆结构、分缆结构、定位连接结构，其中，传感器安装结构与定位连接结构空间位置相对固定，具有明确的三维相对空间坐标值；光纤信号解调单元，具有对毎一个光纤液位传感器是否被液体浸没的判断功能，并且能够输出判断信号；液体总量解算单元，具有采集判断信号的功能，并且能够通过所述判断信号解算出液体的总量；所述光纤点云贮箱液体总量测试系统的连接方式为：将支架通过定位连接结构与待测贮箱相连，使得二者刚性连接且空间位置相对固定；依代号将光纤点式液位传感器刚性安装在对应的传感器安装结构上，使得每个光纤点式液位传感器相对于待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆通过引缆结构和分缆结构引出到支架外，并与光纤信号解调单元相连；所述光纤信号解调单元通过信号传输线路与液体总量解算单元相连。所述光纤点云贮箱液体总量测试系统的工作方式为：当待测贮箱中有液体时时，光纤信号解调单元获得所有代号光纤点式液位传感器是否被液体浸没的判断信号，液体总量解算单元提取所有被液体浸没信号的代号，结合传感器安装结构的三维相对空间坐标值绘制出浸没信号三维空间分布点云，通过延伸拓扑运算获得贮箱液体形状包络，进而计算出液体总量。

本发明的技术方案为：一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括：光纤液位传感单元、支架、光纤信号解调单元、液体总量解算单元。

光纤液位传感单元，包含编有唯一代号的光纤点式液位传感器若干和传光光缆；

支架，包括编有唯一代号的传感器安装结构若干、引缆结构、分缆结构、定位连接结构，其中，传感器安装结构与定位连接结构空间位置相对固定，具有明确的三维相对空间坐标值；

光纤信号解调单元，具有对毎一个光纤液位传感器是否被液体浸没的判断功能，并且能够输出判断信号；

液体总量解算单元，具有采集判断信号的功能，并且能够通过所述判断信号解算出液体的总量；

所述光纤点云贮箱液体总量测试系统的连接方式为：将支架通过定位连接结构与待测贮箱相连，使得二者刚性连接且空间位置相对固定；依代号将光纤点式液位传感器刚性安装在对应的传感器安装结构上，使得每个光纤点式液位传感器相对于待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆通过引缆结构和分缆结构引出到支架外，并与光纤信号解调单元相连；所述光纤信号解调单元通过信号传输线路与液体总量解算单元相连。

光纤点云贮箱液体总量测试系统的工作方式为：当待测贮箱中有液体时，光纤信号解调单元获得所有代号光纤点式液位传感器是否被液体浸没的判断信号，液体总量解算单元提取所有被液体浸没信号的代号，结合传感器安装结构的三维相对空间坐标值绘制出浸没信号三维空间分布点云，通过延伸拓扑运算获得贮箱液体形状包络，进而计算出液体总量。

光纤液位传感单元中光纤点式液位传感器所包含的液体敏感方式为折射率敏感；所包含的传感结构，可以为倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔、荧光光纤或光纤头结构。

支架中引缆结构为刚性空心管结构，传感器安装结构为贯通空心管结构内外的孔结构，光纤液位传感单元中光纤点式液位传感器和传光光缆通过空心的引缆结构进入到支架内部，并通过传感器安装结构将光纤点式液位传感器的液体敏感部位伸出到引缆结构外并固定；或支架中引缆结构为刚性实心杆结构，所光纤液位传感单元中光纤点式液位传感器与传感器安装结构之间的连接方式可以为螺接、焊接、胶接或夹持，传光光缆沿着引缆结构进行绑扎固定。

支架为可折叠结构，收起时为细长棒状，便于进出细小的贮箱口，液位测量时在待测贮箱内展开。光纤液位传感单元中传光光缆为柔性，随支架同步收放而不影响自身光学性能。

支架中分缆结构将传光光缆划分为两种形态，其中，支架外侧为单根多芯粗光缆，支架内侧为多根单芯细光缆，分缆结构有过渡两种光缆状态的功能。

支架中定位连接结构与待测贮箱的连接方式为磁吸、卡扣或胶粘，固定方式为至少三点固定。

光纤信号解调单元，可以包含光源、光纤插头、光开关、光电探测器、信号采集与处理电路、数据发送电路。

光纤信号解调单元中光纤插头为不少于插芯的单插头，插芯端面采用斜°APC工艺加工制成。

液体总量解算单元，包含数据接收电路、数据处理电路和数据处理软件。

光纤信号解调单元中数据发送电路和液体总量解算单元中数据接收电路的通信方式为无线通信，通信协议为Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth、IrDA或Li-Fi。

光纤信号解调单元中数据发送电路和液体总量解算单元中数据接收电路的通信方式为有线通信，通信协议为RS、RS、RS、CAN、TCP/IP或Base-FX。

液体总量解算单元中数据处理软件至少包含待测贮箱和支架三维空间建模计算功能、提取被液体浸没信号所对应传感器安装结构空间点位计算功能、液体形状包络绘制计算功能，液体体积总量计算功能。

本发明具有以下优点：

(1)本发明通过在所述系统中设置与光纤液位传感单元一体并与待测贮箱适配安装的支架，解决大量光纤液位测点在贮箱内规律化分布并相对贮箱赋予明确空间位置的问题，提高液位测量的空间准度；

(2)本发明中所述支架可以具备折叠收放功能，光纤液位传感单元与其一同伸缩，可以应用于液体贮箱口较小的场合；

(3)本发明采用全光方法，测量端未采用任何电阻、电容等电学元件，耐电磁干扰、腐蚀、高低温等恶劣环境能力强，适合于苛刻环境下长期长距离连续观测使用。

附图说明

图1为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统结构示意图；

图2为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统液位传感器和光缆结构示意图；

图3为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统分缆结构示意图；

图4为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统分缆光纤信号解调单元结构示意图；

图5为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统实施例2光缆固定示意图；

图6为一种光纤点云贮箱液体总量测试系统实施例3光缆固定示意图；

图7为一种光纤点云贮箱液体总量测试方法流程图。

附图标记：

1、支架；11、引缆结构；111、引缆结构本体；112、管内空间；113、第一固定辅件；114、细缆引线位；115、第二固定辅件；12、传感器安装结构；13、定位连接结构；14、分缆结构；141、细缆分线位；142、粗缆固定零件；2、液位传感器单元；21、光纤式液位传感器；221、光纤液位敏感元件；222、保护组件；22、传光光缆；221、细光缆；222、粗光缆；3、光纤信号解调单元；31、光纤插头；32、光开关；33、光源；34、光电探测器；35、信号采集与处理电路；36、数据发送电路；4、液体总量解算单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括设置在待测贮箱内壁的支架1、设置在支架1上的液位传感器单元2和与液位传感器单元2依次电连接的光纤信号解调单元3、液体总量解算单元4；

支架1包括引缆结构11和设置在引缆结构11上的多个编有唯一代号的传感器安装结构12、定位连接结构13、分缆结构14，引缆结构11为可折叠结构；

引缆结构11为管状结构，传感器安装结构12为贯通设置在引缆结构11上的孔，引缆结构11分为若干列设置在待测贮箱的侧面和顶面并汇聚至分缆结构14，分缆结构14设置在待测贮箱的顶面中心，定位连接结构13固定在贮箱外表面；

引缆结构11为中空管，引缆结构11包括引缆结构本体111、引缆结构本体111内部的管内空间112和填充在管内空间112的第一固定辅件113，第一固定辅件113为发泡填充物，传光光缆22通过第一固定辅件113固定在管内空间112；

或者，引缆结构11为实心管，引缆结构11包括引缆结构本体111、设置在引缆结构本体111表面的细缆引线位114和固定在细缆引线位114的第二固定辅件115，细缆引线位114为引缆结构本体111的表面或者设置在引缆结构本体111表面的微槽，第二固定辅件115为扎带，传光光缆22通过第二固定辅件115固定在细缆引线位114；

如图2-5所示，液位传感器单元2包括设置在支架1上的多个编有唯一代号的光纤式液位传感器21和与设置在支架1上与每个光纤式液位传感器21均电连接的传光光缆22，光纤式液位传感器21的液体敏感部位伸出引缆结构11并且固定在引缆结构11外部；

传光光缆22的起始端与光纤式液位传感器21相连，传光光缆22固定在引缆结构11中部或外部并汇聚至分缆结构14；

光纤式液位传感器21包括光纤液位敏感元件211和设置在光纤液位敏感元件211外部的保护组件212，

传光光缆22包括与光纤液位敏感元件211相连的细光缆221和与细光缆221末端连接的粗光缆222；

待测贮箱与定位连接结构13使用磁吸或交接或卡扣的方式固定，光纤式液位传感器21和传感器安装结构12之间使用以下任意方式固定：螺接、焊接、胶接和夹持，定位连接结构13为磁铁或铁；

光纤液位敏感元件211的液体敏感方式为折射率敏感、传感结构为荧光光纤；光纤液位敏感元件21的传感结构为以下任意一种：倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔、荧光光纤和光纤头结构；

分缆结构14包括细缆分线位141和设置在细缆分线位141上端的粗缆固定零件142，细缆分线位141固定在细光缆221末端和粗光缆222起始端的外部，粗缆固定零件142固定在粗光缆222的内部；

光纤信号解调单元3用于判断毎一个光纤液位传感器21是否被液体浸没形成判断信号并输出至液体总量解算单元4，液体总量解算单元4用于接收判断信号并根据光纤式液位传感器21的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，液体总量解算单元4用于通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络并计算出贮箱液体总量；

如图6所示，光纤信号解调单元3包括依次电连接的光纤插头31、光开关32、光源33和与光开关32依次电连接的光电探测器34、信号采集与处理电路35和数据发送电路36，光纤插头31与传光光缆22末端电连接；

光纤插头31为128芯的单插头、插芯端面为斜8°APC，光开关32为2分128的MEMS光开关，光源33为C+L波段宽带激光光源，光电探测器34为光电二极管，信号采集与处理电路35用于切换光开关32的通道；

液体总量解算单元4包括依次电连接的数据接收电路、数据处理电路和数据处理软件。

实施例2

如图1所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，如图1所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括：支架1、液位传感器2、光缆3和光纤信号解调单元4。

液位传感器2包括编有唯一代号的光纤点式液位传感器2若干；

支架11，包括引缆结构11、编有唯一代号的传感器安装结构12若干、定位连接结构13、分缆结构14，其中，传感器安装结构12与定位连接结构13空间位置相对固定，具有明确的三维相对空间坐标值；

光纤信号解调单元4，具有对毎一个光纤液位传感器是否被液体浸没的判断功能，并且能够输出判断信号；

具体地，请参照图2和图3，对光纤液位传感单元进行详细说明。所述光纤液位传感单元中光纤点式液位传感器2包括光纤液位敏感元件21和保护组件22。光纤液位敏感元件21的液体敏感方式为折射率敏感，其传感结构为荧光光纤，进一步，还可以为倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔或光纤头结构。保护组件22主要起到对光纤液位敏感元件21的保护作用；

所述光纤液位传感单元中传光光缆3包括细光缆31和粗光缆32两段。细光缆31直接与光纤液位敏感元件21相连，柔性较好，便于弯曲；而粗光缆32具有铠甲保护，用于保护内部光纤不受拉力或侧向压力损坏。

图5所示光纤液位传感单元在一种刚性空心管型支架1实施例中的安装示意图。支架1中引缆结构11采用刚性空心管结构，具体包括引缆结构本体111、管内空间112、第一固定辅件113，第一固定辅件113为发泡填充物。光纤点式液位传感器2和细光缆31通过细缆引线位114进入到支架1内部，传感器安装结构12为贯通空心管结构内外的孔结构，将光纤点式液位传感器2的液体敏感部位伸出到引缆结构11外并完成固定。

参照图1，支架1为可折叠结构，收起时为细长棒状，便于进出细小的贮箱口，液位测量时在待测贮箱内展开。所述光纤液位传感单元中细光缆31直径为.mm，表现为柔性，能够随支架1同步收放，自身光功率损耗不超过.dB。

参照图3，支架1中分缆结构14由粗缆固定零件142和细缆分线位141组成。所述传光光缆3被其划分为两种形态。其中，支架1外侧为单根多芯粗光缆32，通过粗缆固定零件142实现固定，连接处具备抗拉、密封等性能；支架1内侧为多根单芯细光缆31，通过细缆分线位141实现走向划分。

参照图1，支架1中定位连接结构13与待测贮箱的连接方式为磁吸，即定位连接结构13材料选用磁铁或铁，对应待测贮箱的定位位置装有铁或磁铁。进一步，定位连接结构13与待测贮箱的连接方式还可以为卡扣或胶粘；固定方式为三点固定。

参照图4，光纤信号解调单元4，包含光源43、光纤插头41、光开关42、光电探测器44、信号采集与处理电路45及数据发送电路46。其中，光源43为C+L波段宽带激光光源43；光纤插头41为芯的单插头、插芯端面采用斜°APC工艺；光开关42为分的MEMS光开关42；光电探测器44为光电二极管；信号采集与处理电路45包含光开关42通道切换控制功能，将光电探测器44产生的光电流响应信号转化为电压并采集，处理成数字信号序列；最终由数据发送电路46对数据进行发送。

实施例3

如图1所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，如图1所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，包括：支架1、液位传感器2、光缆3和光纤信号解调单元4。

液位传感器2包括编有唯一代号的光纤点式液位传感器2若干；

支架11，包括引缆结构11、编有唯一代号的传感器安装结构12若干、定位连接结构13、分缆结构14，其中，传感器安装结构12与定位连接结构13空间位置相对固定，具有明确的三维相对空间坐标值；

光纤信号解调单元4，具有对毎一个光纤液位传感器是否被液体浸没的判断功能，并且能够输出判断信号；

具体地，请参照图2和图3，对光纤液位传感单元进行详细说明。所述光纤液位传感单元中光纤点式液位传感器2包括光纤液位敏感元件21和保护组件22。光纤液位敏感元件21的液体敏感方式为折射率敏感，其传感结构为荧光光纤，进一步，还可以为倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔或光纤头结构。保护组件22主要起到对光纤液位敏感元件21的保护作用；

光纤液位传感单元中传光光缆3包括细光缆31和粗光缆32两段。细光缆31直接与光纤液位敏感元件21相连，柔性较好，便于弯曲；而粗光缆32具有铠甲保护，用于保护内部光纤不受拉力或侧向压力损坏。

如图6所示光纤液位传感单元在一种刚性实心杆型支架1实施例中的安装示意图。所述支架1中引缆结构11采用刚性实心杆结构，具体包括引缆结构本体111、细缆引线位114、第二固定辅件115，细缆引线位114为杆表面或表面微槽，固定辅件为扎带。光纤点式液位传感器2与传感器安装结构12之间的连接方式可以为螺接、焊接、胶接或夹持，传光光缆3中细光缆31沿着杆表面通过固定辅件进行绑扎固定。

参照图1，支架1为可折叠结构，收起时为细长棒状，便于进出细小的贮箱口，液位测量时在待测贮箱内展开。所述光纤液位传感单元中细光缆31直径为.mm，表现为柔性，能够随支架1同步收放，自身光功率损耗不超过.dB。

参照图3，支架1中分缆结构14由粗缆固定零件142和细缆分线位141组成。所述传光光缆3被其划分为两种形态。其中，支架1外侧为单根多芯粗光缆32，通过粗缆固定零件142实现固定，连接处具备抗拉、密封等性能；支架1内侧为多根单芯细光缆31，通过细缆分线位141实现走向划分。

参照图1，支架1中定位连接结构13与待测贮箱的连接方式为磁吸，即定位连接结构13材料选用磁铁或铁，对应待测贮箱的定位位置装有铁或磁铁。进一步，定位连接结构13与待测贮箱的连接方式还可以为卡扣或胶粘；固定方式为三点固定。

参照图4，光纤信号解调单元4，包含光源43、光纤插头41、光开关42、光电探测器44、信号采集与处理电路45及数据发送电路46。其中，光源43为C+L波段宽带激光光源43；光纤插头41为芯的单插头、插芯端面采用斜°APC工艺；光开关42为分的MEMS光开关42；光电探测器44为光电二极管；信号采集与处理电路45包含光开关42通道切换控制功能，将光电探测器44产生的光电流响应信号转化为电压并采集，处理成数字信号序列；最终由数据发送电路46对数据进行发送。

实施例4

如图7所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，包括以下步骤：

S1、安装：将引缆结构11通过定位连接结构13固定在待测贮箱内壁，将光纤式液位传感器21按照编号固定在对应的传感器安装结构12上，使每个光纤式液位传感器21相对于待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆22通过引缆结构11和分缆结构14引出到引缆结构11外部，并与光纤信号解调单元3相连，光纤信号解调单元3通过信号传输线路与液体总量解算单元4相连；

S2、采集信号：当测贮箱中有液体时，所有光纤式液位传感器21将判断是否被浸没的判断信号输出至纤信号解调单元3，纤信号解调单元3采集信号并输出至液体总量解算单元4；

纤信号解调单元3采集信号并通过无线通信输出至液体总量解算单元4，通信协议为以下任意一种：Li-Fi、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth和IrDA；

纤信号解调单元3采集信号并通过有线通信输出至液体总量解算单元4，通信协议为以下任意一种：100Base-FX、RS232、RS232、RS485、CAN和TCP/IP；

S3、贮箱液体总量计算：液体总量解算单元4接收判断信号并根据光纤式液位传感器21的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，再通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，并计算获得贮箱液体总量；

步骤S3包括以下步骤：

S31、三维建模：液体总量解算单元4对待测贮箱进行三维建模，设定空间基准原点，建立三维坐标系；

S32、推算定位连接结构坐标值：

S33、推算传感器安装结构坐标值：

S34、构建三维“点云”：液体总量解算单元4接收纤信号解调单元3发送的判断信号，根据光纤式液位传感器21的编号推算获得所有被浸没传感器空间坐标值，并构建三维三维空间分布点云；

S35、获得包络：再通过延伸拓扑对浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，形成一个闭合的包络体；

S36、获得贮箱液体总量：利用贮箱三维模型进行偏差矫正，获得贮箱内液体总量。

实施例5

如图7所示，一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，光纤点云贮箱液体总量测试系统的连接方式为：将支架1通过定位连接结构13与待测贮箱相连，使得二者刚性连接且空间位置相对固定；依代号将光纤点式液位传感器2刚性安装在对应的传感器安装结构12上，使得每个光纤点式液位传感器2相对于待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆3通过引缆结构11和分缆结构14引出到支架1外，并与光纤信号解调单元4相连；所述光纤信号解调单元4通过信号传输线路与液体总量解算单元相连。

光纤点云贮箱液体总量测试系统的工作方式为：当待测贮箱中有液体时，光纤信号解调单元4获得所有代号光纤点式液位传感器2是否被液体浸没的判断信号，液体总量解算单元提取所有被液体浸没信号的代号，结合传感器安装结构12的三维相对空间坐标值绘制出浸没信号三维空间分布点云，通过延伸拓扑运算获得贮箱液体形状包络，进而计算出液体总量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：包括设置在待测贮箱内壁的支架(1)、设置在所述支架(1)上的液位传感器单元(2)和与所述液位传感器单元(2)依次电连接的光纤信号解调单元(3)、液体总量解算单元(4)；

所述支架(1)包括引缆结构(11)和设置在所述引缆结构(11)上的多个编有唯一代号的传感器安装结构(12)、定位连接结构(13)、分缆结构(14)，所述引缆结构(11)为可折叠结构；

所述液位传感器单元(2)包括设置在所述支架(1)上的多个编有唯一代号的光纤式液位传感器(21)和与设置在所述支架(1)上与每个所述光纤式液位传感器(21)均电连接的传光光缆(22)，所述光纤式液位传感器(21)的液体敏感部位伸出所述引缆结构(11)并且固定在所述引缆结构(11)外部；

所述光纤信号解调单元(3)用于判断毎一个所述光纤液位传感器(21)是否被液体浸没形成判断信号并输出至所述液体总量解算单元(4)，所述液体总量解算单元(4)用于接收所述判断信号并根据所述光纤式液位传感器(21)的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，所述液体总量解算单元(4)用于通过延伸拓扑对所述浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络并计算出贮箱液体总量。

2.根据权利要求1所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：所述光纤信号解调单元(3)包括依次电连接的光纤插头(31)、光开关(32)、光源(33)和与所述光开关(32)依次电连接的光电探测器(34)、信号采集与处理电路(35)和数据发送电路(36)，所述光纤插头(31)与所述传光光缆(22)末端电连接；

所述引缆结构(11)为管状结构，所述传感器安装结构(12)为贯通设置在所述引缆结构(11)上的孔，所述引缆结构(11)分为若干列设置在所述待测贮箱的侧面和顶面并汇聚至所述分缆结构(14)，所述分缆结构(14)设置在所述待测贮箱的顶面中心，所述定位连接结构(13)固定在所述贮箱外表面；

所述传光光缆(22)的起始端与所述光纤式液位传感器(21)相连，所述传光光缆(22)固定在所述引缆结构(11)中部或外部并汇聚至所述分缆结构(14)。

3.根据权利要求2所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：所述引缆结构(11)为中空管，所述引缆结构(11)包括引缆结构本体(111)、所述引缆结构本体(111)内部的管内空间(112)和填充在所述管内空间(112)的第一固定辅件(113)，所述第一固定辅件(113)为发泡填充物，所述传光光缆(22)通过所述第一固定辅件(113)固定在所述管内空间(112)。

4.根据权利要求3所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：所述引缆结构(11)为实心管，所述引缆结构(11)包括引缆结构本体(111)、设置在所述引缆结构本体(111)表面的细缆引线位(114)和固定在所述细缆引线位(114)的第二固定辅件(115)，所述细缆引线位(114)为所述引缆结构本体(111)的表面或者设置在所述引缆结构本体(111)表面的微槽，所述第二固定辅件(115)为扎带，所述传光光缆(22)通过所述第二固定辅件(115)固定在所述细缆引线位(114)。

5.根据权利要求2所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：所述光纤式液位传感器(21)包括光纤液位敏感元件(211)和设置在所述光纤液位敏感元件(211)外部的保护组件(212)，

所述传光光缆(22)包括与所述光纤液位敏感元件(211)相连的细光缆(221)和与所述细光缆(221)末端连接的粗光缆(222)；

所述分缆结构(14)包括细缆分线位(141)和设置在所述细缆分线位(141)上端的粗缆固定零件(142)，所述细缆分线位(141)固定在所述细光缆(221)末端和所述粗光缆(222)起始端的外部，所述粗缆固定零件(142)固定在所述粗光缆(222)的内部；

所述液体总量解算单元(4)包括依次电连接的数据接收电路、数据处理电路和数据处理软件。

6.根据权利要求5所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试系统，其特征在于：所述待测贮箱与所述定位连接结构(13)使用磁吸或交接或卡扣的方式固定，所述光纤式液位传感器(21)和所述传感器安装结构(12)之间使用以下任意方式固定：螺接、焊接、胶接和夹持，所述定位连接结构(13)为磁铁或铁；

所述光纤液位敏感元件(211)的液体敏感方式为折射率敏感、传感结构为荧光光纤；所述光纤液位敏感元件(21)的传感结构为以下任意一种：倾斜光栅、光纤Fabry-Perot干涉腔、荧光光纤和光纤头结构；

所述光纤插头(31)为128芯的单插头、插芯端面为斜8°APC，所述光开关(32)为2分128的MEMS光开关，所述光源(33)为C+L波段宽带激光光源，所述光电探测器(34)为光电二极管，所述信号采集与处理电路(35)用于切换所述光开关(32)的通道。

7.一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、安装：将引缆结构(11)通过定位连接结构(13)固定在待测贮箱内壁，将光纤式液位传感器(21)按照编号固定在对应的传感器安装结构(12)上，使每个光纤式液位传感器(21)相对于所述待测贮箱具有明确的空间位置；传光光缆(22)通过引缆结构(11)和分缆结构(14)引出到引缆结构(11)外部，并与光纤信号解调单元(3)相连，所述光纤信号解调单元(3)通过信号传输线路与液体总量解算单元(4)相连；

S2、采集信号：当所述测贮箱中有液体时，所有所述光纤式液位传感器(21)将判断是否被浸没的判断信号输出至所述纤信号解调单元(3)，所述纤信号解调单元(3)采集信号并输出至所述液体总量解算单元(4)；

S3、贮箱液体总量计算：所述液体总量解算单元(4)接收所述判断信号并根据所述光纤式液位传感器(21)的编号计算获得浸没信号三维空间分布点云，再通过延伸拓扑对所述浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，并计算获得贮箱液体总量。

8.根据权利要求7所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，其特征在于：步骤S3包括以下步骤：

S31、三维建模：所述液体总量解算单元(4)对所述待测贮箱进行三维建模，设定空间基准原点，建立三维坐标系；

S32、推算定位连接结构坐标值：

S33、推算传感器安装结构坐标值：

S34、构建三维“点云”：所述液体总量解算单元(4)接收所述纤信号解调单元(3)发送的所述判断信号，根据所述光纤式液位传感器(21)的编号推算获得所有被浸没传感器空间坐标值，并构建三维所述三维空间分布点云；

S35、获得包络：再通过延伸拓扑对所述浸没信号三维空间分布点云进行运算获得贮箱液体形状包络，形成一个闭合的包络体；

S36、获得贮箱液体总量：利用贮箱三维模型进行偏差矫正，获得贮箱内液体总量。

9.根据权利要求7所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，其特征在于：步骤S2中，所述所述纤信号解调单元(3)采集信号并通过无线通信输出至所述液体总量解算单元(4)，通信协议为以下任意一种：Li-Fi、Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth和IrDA。

10.根据权利要求7所述的一种光纤点云贮箱液体总量测试方法，其特征在于：步骤S2中，所述所述纤信号解调单元(3)采集信号并通过有线通信输出至所述液体总量解算单元(4)，通信协议为以下任意一种：100Base-FX、RS232、RS232、RS485、CAN和TCP/IP。

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