CN1743814A - 光纤光栅液体传感器 - Google Patents

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CN1743814A CN 200410051371 CN200410051371A CN1743814A CN 1743814 A CN1743814 A CN 1743814A CN 200410051371 CN200410051371 CN 200410051371 CN 200410051371 A CN200410051371 A CN 200410051371A CN 1743814 A CN1743814 A CN 1743814A
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关柏鸥
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Abstract

本发明公开了一种本质安全防爆、适于易燃易爆场合适用的光纤光栅液体传感器，其至少包括两个由光纤(3)串接的光纤光栅压力传感器，所述光纤光栅压力传感器中的一压力传感器位于被测液体(6)的底部，其它的光纤光栅压力传感器依次间隔位于被测液体(6)中所述底部光纤光栅压力传感器的上方。本发明结构简单，应用灵活，在不同的位置设置不同的传感器，能够方便检测出液体密度、液位、压力和温度等多个参数，从而形成一集成式的光纤光栅液体传感器。

Description

光纤光栅液体传感器
技术领域
本发明涉及一种液体传感器。更具体地说，本发明涉及一种适用于易燃、易爆产品检测的光纤光栅液体传感器。
背景技术
在石油、化工行业产品储运过程中，往往需要对油料等化工产品的密度、温度、液位等参数进行检测。现有的检测技术多是基于电学传感器实现的，其缺点是易受干扰、信号传输距离短、带电工作、不适合于易燃易爆场合使用。此外，传统电学传感器的集成能力差，每个传感器需要一个二次仪表以及一条连接二次仪表的信号线，当需要检测大量的测点而且每个测点需要检测多个参数时，系统的结构非常复杂。
近年来，光纤光栅传感技术越来越受人重视。这种新型传感技术的基本原理是基于被测参数对光纤光栅反射波长的调制。被测参数改变光纤光栅的反射波长，通过检测光纤光栅反射波长的变化获知被测参数的大小。这种新型传感技术具有以下优点：一是现场无需接电，本质安全防爆，适于易燃易爆场合使用；二是抗干扰能力强，不怕雷击，不怕辐射，耐腐蚀；三是集成能力强，多个光纤光栅传感器可以串接在同一条光纤上，特别适合于多点、多参数检测。
在本人申请的专利“光纤光栅液位传感器”(申请号200320117647.X)中描述了一种基于光纤光栅的新型液位传感器，该传感器采用压力测量原理，将压力变化转换为光纤光栅反射波长的移动，根据液位不同产生的压力不同的原理测量液位。该传感器充分展示了光纤光栅传感技术的优异性能，克服了传统电学传感器的不足，但其缺陷是不能检测液体密度。由于在知道密度参数的前提下才能够由压力换算出液位，因此该传感器只能用于已知密度液体的液位检测，不能用于未知密度液体的液位检测。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光纤光栅传感器不能检测液体密度的问题，提供一种能够检测密度的光纤光栅液体传感器，并进一步提供一种集成式的能够检测包括密度在内的多个参数的光纤光栅液体传感器。
为解决上述问题，本发明提出一种光纤光栅液体传感器，其包括至少两个由光纤串接的光纤光栅压力传感器，所述的光纤光栅压力传感器位于被测液体中，其中一个光纤光栅压力传感器位于被测液体的底部，其它的光纤光栅压力传感器依次间隔位于所述底部光纤光栅压力传感器的上方。
其中，所述的光纤光栅压力传感器为两个，第一光纤光栅压力传感器位于被测液体的底部，第二光纤光栅压力传感器位于被测液体中所述第一光纤光栅压力传感器的上方；
本发明所述的光纤光栅压力传感器可均为差压力传感器，也可均为绝对压力传感器。
本发明还可以包括位于被测液面之上的第三光纤光栅绝对压力传感器，该压力传感器串接在所述光纤上。
本发明还可以在所述光纤上带有至少一个位于被测液体中的光纤光栅温度传感器。
本发明也可以在所述光纤上带有至少一个位于被测液面之上的光纤光栅温度传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本质安全防爆，适于易燃、易爆场合使用。
2.抗干扰能力强，不怕辐射，不怕雷击，耐腐蚀。
3.信号传输距离远，远程监测能力强。
4.能够同时检测多个参数，只需一条光缆连接二次仪表，结构简单。
附图说明
图1是本发明第一和第二实施例的结构示意图；
图2是本发明第三实施例的结构示意图；
图3是本发明第四实施例的结构示意图；
图4是本发明第五实施例的结构示意图；
图5是本发明实施例中的光纤光栅绝对压力传感器结构示意图；
图6是本发明实施例中的光纤光栅差压力传感器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作更进一步说明。
图1示出了本发明第一实施例的结构示意图。该实施例包括两个由光纤3串接的光纤光栅压力传感器，所述的两个光纤光栅压力传感器位于被测液体6中。第一光纤光栅压力传感器1置于被测液体的底部，感测到压力P1。第二光纤光栅压力传感器2置于第一光纤光栅压力传感器1的上方，距第一光纤光栅压力传感器1的垂直距离为Δ，感测到压力P2。第一光纤光栅压力传感器1和第二光纤光栅压力传感器2为绝对压力传感器，它们所测压力为液体内部总压力，P1、P2可表示为
                    P1＝DL+Pa                           (1)
                    P2＝D(L-Δ)+Pa                     (2)
其中D为液体密度，L为第一光纤光栅压力传感器1至液面的垂直距离，即液位高度，式中右侧第一项为液体重量所产生的压力，Pa为液面上部空间压力。
由于两个光纤光栅压力传感器之间的垂直距离Δ为已知，由(1)、(2)两式可知，液体密度D可由下式给出
                     D＝(P1-P2)/Δ                       (3)
本实施例提供了一种光纤光栅密度传感器。
本发明第二实施例的结构亦如图1所示。与第一实施例不同的是，本实施例中的第一光纤光栅压力传感器1和第二光纤光栅压力传感器2为差压力传感器，它们所测压力为液体内部总压力与液面上部空间压力之差，即所测压力只是液体重量所产生的压力，P1、P2可表示为
                     P1＝DL                              (4)
                     P2＝D(L-Δ)                         (5)
同样地，由前面(3)式可以得到密度D，进而可以得到液位L
                     L＝P1/D                             (6)
本实施例提供了一种能够同时检测密度和液位的光纤光栅液体传感器。
图2示出了本发明的第三实施例，该实施例除了包括位于被测液体6中的第一光纤光栅压力传感器1和第二光纤光栅压力传感器2外，还包括位于被测液面之上的第三光纤光栅压力传感器3，这三个传感器皆为绝对压力传感器。第一光纤光栅压力传感器1和第二光纤光栅压力传感器2所感测到的压力P1、P2分别由前面(1)、(2)两式给出。同样地，被测液体密度D由(3)式给出。第三光纤光栅压力传感器3位于被测液面之上，所感测到的压力P3即为液面上部空间压力Pa。这样，知道了液体底部总压力P1、液体密度D和液面上部空间压力Pa，则液位L由下式给出
                  L＝(P1-Pa)/D                           (7)
该实施例提供了一种能够同时检测液体密度、液位和液面上部空间压力的多参数光纤光栅液体传感器。
图3示出了本发明的第四实施例，该实施例包括两个由光纤3串接的光纤光栅差压力传感器，光纤3上还带有三个光纤光栅温度传感器5。温度传感器的作用是用来检测液体内部温度，在被测液体内部布置多个光纤光栅温度传感器可以获知液体内部温度分布情况。温度传感器的数量可以根据实际需要进行设定。该实施例能够同时检测密度、液位和液体温度分布。
图4示出了本发明的第五实施例，该实施例包括三个由光纤3串接的光纤光栅绝对压力传感器，其中两个位于被测液体6中，一个位于被测液面之上。光纤3上带有四个光纤光栅温度传感器5。该实施例能够同时检测液体密度、液位、液面上部空间压力和液体温度分布。
在上述第四或第五实施例中，光纤3上可以带有位于被测液面之上的光纤光栅温度传感器(图中未示出)，以便检测液面上部空间温度。
在上述五个实施例中，设置于被测液体中的光纤光栅压力传感器为两个，这五个实施例适用于密度均匀液体检测。对于密度随深度变化的液体，可以在被测液体中设置多个光纤光栅压力传感器，其中一个位于被测液体底部，其它的光纤光栅压力传感器依次间隔位于所述底部光纤光栅压力传感器的上方，由每个压力传感器所测压力值以及相邻传感器之间垂直间距大小，可以获知不同深度处的液体密度，由此获知液体密度分布情况。
本发明的实施例中所述光纤光栅压力传感器的结构，可以参照本人已办理授权登记手续的专利(申请号200320117647.X)中光纤光栅液位传感器的结构制作而成。如图5所示的光纤光栅液位传感器，其包括柱状壳体10、片状弹性元件7和光纤12。壳体10为圆筒形。片状弹性元件7为圆形膜片，由金属材料制成，也可为其他弹性膜片。片状弹性元件7上带有第二光纤固定部件8。片状弹性元件7的边缘部分密封固定在壳体10上，将壳体1的内腔隔离成为气体腔15。光纤12有第一固定区域13，以焊接或胶粘的方式固定在壳体10上。光纤12有第二固定区域9，以焊接或胶粘的方式固定在片状弹性元件7上的光纤固定部件8上。在光纤12的第一固定区域13和第二固定区域9之间有传感光栅16，传感光栅16的轴线垂直于片状弹性元件7所在的平面。光纤12是在拉伸状态下固定到壳体10和光纤固定部件8上去的，即传感光栅16处于预应变状态。当光纤光栅液位传感器置于被测液体中时，液体压力作用于片状弹性元件7的外侧，导致其中心区域发生向上的位移，施加于传感光栅16上的预应变被部分地释放，传感光栅16的反射波长向短波方向移动。通过监测传感光栅16的波长变化便可获知液体内部压力信息。若使其中的气体腔15处于真空状态，便构成了本发明中的绝对压力传感器。若设置一导气管14使得所述气体腔15与液面上部空间连通，便构成了本发明的差压力传感器，如图6所示。

Claims (7)

1、一种光纤光栅液体传感器，其特征在于：它包括至少两个由光纤(3)串接的光纤光栅压力传感器，所述的光纤光栅压力传感器位于被测液体(6)中，其中一个光纤光栅压力传感器位于被测液体(6)的底部，其它的光纤光栅压力传感器依次间隔位于所述底部光纤光栅压力传感器的上方。
2、根据权利要求1所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：所述的光纤光栅压力传感器为两个，其中第一光纤光栅压力传感器(1)位于被测液体(6)的底部，第二光纤光栅压力传感器(2)位于被测液体中所述第一光纤光栅压力传感器(1)的上方。
3、根据权利要求1或2所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：所述的光纤光栅压力传感器为差压力传感器。
4、根据权利要求1或2所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：所述的光纤光栅压力传感器为绝对压力传感器。
5、根据权利要求4所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：它还包括一个位于被测液面之上的光纤光栅绝对压力传感器(4)，该光纤光栅绝对压力传感器(4)串接在所述光纤(3)上。
6、根据权利要求1或2所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：所述光纤(3)上带有至少一个位于被测液体中的光纤光栅温度传感器(5)。
7、根据权利要求6所述的光纤光栅液体传感器，其特征在于：所述光纤(3)上带有至少一个位于被测液面之上的光纤光栅温度传感器。
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