CN205404455U - 一种利用fbg测量液位的系统 - Google Patents

Abstract

一种利用FBG测量液位的系统，包括柔性传感器、光纤光栅、柔性载体、耦合器、宽带光源和光谱仪,柔性传感器放置于待测液位容器底部，耦合器与宽带光源和光谱仪分别连接，宽带光源发出的光信号经过耦合器进入缠绕在柔性载体的光纤光栅，光纤光栅缠绕在柔性载体表面，光纤光栅的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体表面来测量载体的变形；光纤光栅反射一个峰值波长并经过耦合器后进入光谱仪，光谱仪分辨出峰值波长。通光增加光纤光栅对压力的灵敏度，制作出一种安全、简易的液位测量系统。通过柔性载体对压力的敏感性，提高FBG的变化量，进而测量液体的密度，并反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，且无源防爆，是理想的液位测量系统。

Description

一种利用FBG测量液位的系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种利用FBG测量液位的系统。

背景技术

随着现代传感技术的进步，近年来液位测量技术获得了长足进步，各种新方法和新型装置已广泛应用于工程实际。光纤传感器由于其诸多优点，在近年也被应用于液位监测技术当中。与传统传感器相比，光纤光栅传感器有许多优点：(1)可靠性高、寿命长、能进行长期安全监测光纤光栅传感是一种光束波长的数字检测技术，不受光源强弱、光纤弯曲、连接损耗、探测器老化等因素的影响。因此不易受外界因素的干扰具有很高的稳定性和可靠性。(2)远距离无失真传输光纤传输信号适合远距离在线监测和传输，易与组网，采用光纤传输携带传感信息的光波，能不失真地远距离传输，损耗极小，有利于远程网络化监控。(3)易于实现分布式自动化在线监测在一根光纤上可制备多个甚至数百个光栅探测点。每个光栅传感器的反射波长都不同，可实现波分复用，进行长距离分布式测量。(4)响应时间快、精度高、灵敏度高、分辨率高研究表明，光纤光栅的特征波长对外界环境具有高度敏感的特性，而且在相同的环境下这个特征波长还具有高度的一致性。因此用它制作的传感器具有响应时间快、灵敏度高和测量精度高的特性。(5)结构简单、易于施工布设光纤光栅体积小、重量轻、纤细柔软，容易制作成结构简单的传感器探头，便于在现场施工。(6)应用范围广泛光纤光栅传感器适用于恶劣环境，广泛应用于石油化工、冶金电力、煤矿、建筑、交通、地质等行业。

已有FBG液位测量方法是通过FBG(光纤布拉格光栅)制作出压力传感器，放置于容器中，通过压力计算出液体高度，这种方法受限于分辨率低，所以推广范围较小。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种安全、简易的液位测量系统。通过柔性载体对压力的敏感性，提高FBG的变化量，进而测量液体的密度，并反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，且无源防爆，是理想的液位测量系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：该种利用FBG测量液位的系统，其特征在于，包括柔性传感器、光纤光栅、柔性载体、耦合器、宽带光源和光谱仪,柔性传感器放置于待测液位容器底部，耦合器与宽带光源和光谱仪分别连接，宽带光源发出的光信号经过耦合器进入缠绕在柔性载体的光纤光栅，光纤光栅缠绕在柔性载体表面，光纤光栅的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体表面来测量载体的变形；光纤光栅反射一个峰值波长并经过耦合器后进入光谱仪，光谱仪分辨出峰值波长。

进一步地，宽带光源为ASE光源或SLD宽带光源。

进一步地，宽带光源发出的光源信号为通讯用C波段。

进一步地，柔性载体是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。

综上，本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

通光增加光纤光栅对压力的灵敏度，制作出一种安全、简易的液位测量系统。通过柔性载体对压力的敏感性，提高FBG的变化量，进而测量液体的密度，并反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，且无源防爆，是理想的液位测量系统。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：

1柔性传感器、2光纤光栅、3柔性载体、4耦合器、5宽带光源、6光谱仪。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本实用新型，并非以此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，该使用新型包括柔性传感器1、光纤光栅2、柔性载体3、耦合器4、宽带光源5和光谱仪6。柔性传感器1放置于待测液位容器底部，宽带光源5发出的光信号经过耦合器4进入缠绕在柔性载体3的光纤光栅2。宽带光源5为ASE光源(放大自发辐射)或SLD宽带光源。宽带光源5发出的光源信号为通讯用C波段（频率从4.0-8.0GHz的一段频带）。

光纤光栅2缠绕在柔性载体3表面，光纤光栅2的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体3表面来测量载体的变形。柔性载体3是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。

光纤光栅2反射一个峰值波长并经过耦合器4后进入光谱仪6，光谱仪6分辨出峰值波长。

使用中，将柔性传感器1放置于容器底部，并固定柔性载体的一个点，容器内液体的压力，会使柔性传感器发生形变，形变会通过柔性表面传递给光纤光栅2上，这就会导致光纤光栅的中心波长发生变化，并通过光谱仪读出具体变化值，而这个变化值，则代表了液体的压力。再通过液体压力反推出液体的体积，通过体积变换，即可实现液体高度的测量。该装置可以进一步通过更改柔性载体的材料，提高测量分辨率，并进一步提高测量准确率。

上述测量系统的使用方法，包括以下过程：

将宽带光源5连接至耦合器4，光源可以使扫描光源，也可以是ASE光源或SLD光源，输出光谱波段为C波段，耦合器4单端输出连接至光纤光栅2，将柔性传感部分1置于容器底部，并固定载体的一个点，光纤可以是单模光纤。容器内液体的压力，会使柔性传感部分发生形变，形变会通过柔性表面传递给光纤光栅2上，这就会导致光纤光栅的中心波长发生变化，并通过光谱仪读出具体变化值，而这个变化值，则代表了液体的压力。再通过液体压力反推出液体的体积，通过体积变换，即可实现液体高度的测量。

利用上述方法制作液位测量结构，解决了传统测量方法的有源问题，增加了测量系统的灵敏度，简化了测量系统。此结构简单，造价低廉。

上述实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩入本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用FBG测量液位的系统，其特征在于，包括柔性传感器（1）、光纤光栅（2）、柔性载体（3）、耦合器（4）、宽带光源（5）和光谱仪（6）,柔性传感器（1）放置于待测液位容器底部，耦合器（4）与宽带光源（5）和光谱仪（6）分别连接，宽带光源（5）发出的光信号经过耦合器(4)进入缠绕在柔性载体(3)的光纤光栅(2)，光纤光栅(2)缠绕在柔性载体（3）表面，光纤光栅(2)的两端通过粘接或焊接两点式固定在柔性载体（3）表面来测量载体的变形；光纤光栅(2)反射一个峰值波长并经过耦合器（4）后进入光谱仪（6），光谱仪（6）分辨出峰值波长。

2.根据权利要求1所述的一种利用FBG测量液位的系统，其特征在于，宽带光源（5）为ASE光源或SLD宽带光源。

3.根据权利要求1所述的一种利用FBG测量液位的系统，其特征在于，宽带光源（5）发出的光源信号为通讯用C波段。

4.根据权利要求1所述的一种利用FBG测量液位的系统，其特征在于，柔性载体(3)是高分子柔性材料或软质的合金骨架材料支撑的支撑架。