CN202166459U - 一种基于fbg的油罐液位传感器及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的油罐液位传感器及装置。其包括设置在金属壳体上端有加工或制作的两个通孔的保护盖、设置在金属壳体内部，位于其顶端的波纹管、设置在波纹管内的一段至少带有一个传感光栅的光纤、设置在壳体内腔，附着在壳体左壁上的另一段至少带有一个传感光栅的光纤和导气管。本实用新型传感器测量精度高，动态范围较大，线性关系好，抗电磁干扰，适用于中小型油罐的油位测量，也可推广作易燃易爆液体、强腐蚀液体等液位传感器。

Description

一种基于FBG的油罐液位传感器及装置

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)的油罐液位传感器。 

背景技术

在石油化工领域中，液位是确定石油工业生产工艺和安全极其重要的参数。由于在石油工业中被测液体的成分和物理化学性质复杂、再加上工作现场的条件有时十分恶劣，如液面有波动和存在气泡，或液面高度随时间改变的动态测量等等，只有相对较少的一些液位传感器可以应用。传统的液位传感器有压力式液位传感器、电子类液位传感器、超声波液位传感器、雷达液位传感器等，但这些传感器中，要求液体密度不变，有的需要温度补偿，有的可靠性差，有的价格昂贵导致实施困难。 

光纤光栅是一种新型的传感元件，由于它具有许多独特的优点，如对电磁干扰不敏感，体积小，抗腐蚀，使得它成为目前有着良好发展前景和代表性的光纤无源器件之一。而基于光纤布拉格光栅测量液位的原理一般是利用浸入液体中的光栅栅区布拉格波长漂移实现监测，且只能测量特殊折射率液体的液位，测量范围受限于栅区长度。基于光纤光栅测量液位的另外一种方法是将测量液位转化为测量液体的浮力、重力、压强等。本实用新型就是利用液位与压强的关系，通过测量液体压强来测量液位。 

发明内容

本实用新型目的在于克服现有的油罐液位传感器精度不高，动态 范围小，且不能做易燃易爆液体传感的缺点，提出了一种基于FBG的测量精度高，动态范围大，线性关系较好且抗电磁干扰，可用作易燃易爆液体、强腐蚀液体等的油罐液位传感器。 

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案： 

一个FBG油罐液位传感器，包括金属壳体、波纹管、导气管和两段至少带有一个传感光栅的光纤，其特征在于：所述的金属壳体上端带有加工的两个通孔的保护盖，其中壳体顶端的两个通孔位于波纹管顶端区域内；通孔用钢丝网封死，避免硬物掉到波纹管产生震荡，从而崩断光栅；波纹管位于金属壳体内，固定在壳体顶端；一段至少带有一个光栅的光纤，位于波纹管内部，其两端分别固定在壳体顶端、波纹管底端，用作传感光栅；壳体内腔被波纹管隔离成为气体腔；第二段至少带有一个光栅的光纤，位于气体腔内，附着在壳体的左壁上，用作温度补偿。 

本实用新型所具有的有益效果为： 

1、液体压力作用波纹管时，该压力可以等效成波纹管的均布压力，巧妙地消除了由于液位不同产生的压差； 

2、参考光栅位于气体腔，其处于自由状态，不受液位、应变等因素影响，只对温度有响应，起到温度补偿作用，提高测量精度； 

3、导气管将气体腔与外界大气联通，克服了因外界大气变化带来的测量误差； 

4、该光纤光栅油罐液位传感器用光纤作为传输介质，电绝缘性好，同时能够很好的满足油罐测量中的防火防爆要求； 

5、该光纤光栅油罐液位传感器易于组成网络分布式测量； 

6、该光纤光栅油罐液位传感器测量精度高，动态范围较大，线性关系较好，抗电磁干扰，适用于中小型油罐的油位测量，也可推广 作易燃易爆液体、强腐蚀液体等液位传感器。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的结构俯视图； 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。 

如图1所示，一个光纤光栅油罐液位传感器，包括金属壳体1、波纹管2、导气管6和两段至少带有一个传感光栅的光纤，其特征在于：所述的金属壳体1上端有加工的两个通孔的保护盖，其中通孔用钢丝网封死，避免硬物掉到波纹管2产生震荡，从而崩断光栅；波纹管2位于金属壳体1内，固定在壳体1顶端；一段至少带有一个光栅的光纤4，位于波纹管2内部，其两端分别固定在壳体1顶端、波纹管2底端，用作传感光栅；壳体1内腔被波纹管2构成的密封腔隔离成为气体腔3；第二段至少带有一个光栅的光纤5，位于气体腔3内，附着在壳体1的左壁上，用作温度补偿。 

本实施方式的工作方式为：测试前，先将传感器置于水平面，向波纹管内注入待测液体，直至注满。此过程为光纤光栅的定标过程，记下光栅的初始波长，定标结束。当光纤光栅液位传感器完全浸没在待测液体中时，保持两波纹管外端口的位置水平。当端口受到液体压力再次作用波纹管时，该压力可以等效成波纹管的均布压力，巧妙地消除了由于液位不同产生的压差。波纹管外端口的液压会带动波纹管产生轴向位移，从而拉伸两波纹管间的光纤光栅，使其布拉格波长发生漂移。通过波长的变化量可以感测出压力的变化，从而获得液位的变化，最终实现了感测液位的目的。在此实施例中应注意：(1)导气管使气体腔与大气相通。实际测量过程中，多数 待测液体总是暴露在空气中，此时，波纹管底部的外侧所受的压力是液体压力与大气压力之和，内测压力为大气压力，两侧的压力相互抵消，不管大气压如何变化，测量结果不受天气影响，减小了测量误差；(2)分别同时测量波纹管内外的两个光栅的布拉格波长变化情况。外界温度的变化会引起两个光栅的反射波长向相同方向发生移动。因此，通过对比两个光栅的布拉格波长漂移情况，实现与温度无关的液位测量，提高测量的精度。该光纤光栅油罐液位传感器其灵敏度度高达0.06nm/1cm，线性拟合度达到0.963，适用于中小型油罐液位测量。 

本实施例中光纤光栅的布拉格波长为1558.900nm，3dB带宽约0.2nm，边模抑制比约20dB，反射率约25dBm。 

Claims (3)

1.一种基于FBG的油罐液位传感器及装置，包括金属壳体、波纹管、导气管和两段至少带有一个传感光栅的光纤，其特征在于：

所述的金属壳体上端有加工的两个通孔的保护盖，其中通孔用钢丝网封死；

所述的波纹管位于金属壳体内，固定于壳体顶端，保证波纹管轴线与金属底端所在平面垂直；

所述的一段至少带有一个光栅的光纤，位于波纹管内部，其两端分别固定在壳体顶端、波纹管底端，用作传感光栅；

所述的壳体内腔被波纹管隔离成为气体腔；

所述的第二段至少带有一个光栅的光纤，位于气体腔内，附着在壳体的左壁上，用作温度补偿。

2.根据权利要求1所述的一种基于FBG的油罐液位传感器及装置，其特征在于：所述的壳体顶端的两个通孔位于波纹管顶端区域内。

3.根据权利要求1所述的一种基于FBG的油罐液位传感器及装置，其特征在于：所述的气体腔设有与大气相通的的导气管。 

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