CN209764199U - 一种基于分布式光纤传感的液位测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，包括测温系统、传输光纤、传感/加热光纤、加热导线和温度控制装置；测温系统连接传输光纤的一端；传输光纤的另一端连接部分位于液体内部的传感/加热光纤；加热导线设置两组，两组加热导线靠近待测液体的一端分别与传感/加热光纤的两端连接，两组加热导线的另一端均连接温度控制装置。本实用新型通过设置测温系统以极高分辨率测量空间温度变化从而判断气液交界面的位置，定位出液位水平高度，测定结果准确，可以达到毫米级别，参考价值大，尤其适合严酷环境下的液位测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及液位测量设备领域，尤其涉及一种基于分布式光纤传感的液位测量装置。
背景技术
工业生产中经常需要对物料液位进行监测，液位检测器传统上分为机械式和电子式两种，机械式液位检测仪表由于安装维护麻烦，精度不高逐渐被电子式取代，电子式液位计分成压电式、应变式、雷达式、超声波、浮球式、电容式、磁致伸缩式、伺服式、混合式等二十多种测量技术，电子式液位仪测量精度高、可靠性好，安装维护简单，因此成为市场主流。
然而，对于工业生产中的一些具有高温、高压、低温、低压、有辐射性、毒性、易挥发易爆等液体，上述传统液位仪往往不能够满足要求，比如核电站用于存储核废料的水池，具有高温，而且具有一定量的核辐射，使得传统的电子式测量仪器无法长期使用。
为解决上述问题，本申请中提出一种基于分布式光纤传感的液位测量装置。
实用新型内容
(一)实用新型目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，本实用新型通过设置测温系统以极高分辨率测量空间温度变化从而判断气液交界面的位置，定位出液位水平高度，测定结果准确，可以达到毫米级别，参考价值大，尤其适合严酷环境下的液位测量。
(二)技术方案
为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，包括测温系统、传输光纤、传感/加热光纤、加热导线和温度控制装置；测温系统连接传输光纤的一端；传输光纤的另一端连接部分位于液体内部的传感/加热光纤；加热导线设置两组，两组加热导线靠近待测液体的一端分别与传感/加热光纤的两端连接，两组加热导线的另一端均连接温度控制装置。
优选的，传输光纤与传感/加热光纤通过跳线连接。
优选的，传输光纤与传感/加热光纤熔接。
优选的，传输光纤和传感/加热光纤外部设置有铝、铜或金的涂层。
优选的，测温系统采用基于瑞利散射的OFDR技术。
优选的，测温系统包括激光器、光电检测电路、光分路器、采集控制系统、光耦合器和光环路器；激光器的发射端信号连接光分路器的输入端；光分路器上设置有第一输出端口和第二输出端口；光分路器的第一输出端口信号连接光环路器的输入端；光环路器上设置有往返端口和第三输出端口；传输光纤靠近测温系统的一端设置有连接光纤；光环路器的往返端口通过连接光纤信号连接传输光纤；光环路器的第三输出端口信号连接光耦合器的输入端；光分路器上的第二输出端口信号连接光耦合器的输入端；光电检测电路信号连接光耦合器的输出端；采集控制系统与激光器、光电检测电路通讯连接，采集控制系统设置有采集模块和信号分析模块。
优选的，激光器为可调谐激光设备。
优选的，测温系统采用基于布里渊散射的BOTDA技术或BOCDA技术。
本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
液体和气体的比热容和热传导能力相差很大，在气液混合相流体中，一旦周围环境快速升降温，那么液体气体升降温速率不一致将在液气结合面形成温度梯度，本实用新型通过设置测温系统以极高分辨率测量空间温度变化从而判断气液交界面的位置，定位出液位水平高度，测定结果准确，可以达到毫米级别，参考价值大，尤其适合严酷环境下的液位测量。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置的结构示意图。
图2为本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置中测温系统的框架示意图。
附图标记：101、测温系统；102、传输光纤；103、传感/加热光纤；104、加热导线；105、温度控制装置；200、激光器；201、光电检测电路；202、连接光纤；203、光分路器；204、采集控制系统；205、光耦合器；206、光环路器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
实施例1
图1为本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置的结构示意图。
图2为本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置中测温系统的框架示意图。
如图1-2所示，本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，包括测温系统101、传输光纤102、传感/加热光纤103、加热导线104和温度控制装置105；测温系统101连接传输光纤102的一端；传输光纤102的另一端连接部分位于液体内部的传感/加热光纤103；加热导线104设置两组，两组加热导线104靠近待测液体的一端分别与传感/加热光纤103的两端连接，两组加热导线104的另一端均连接温度控制装置105。
在一个可选的实施例中，传输光纤102与传感/加热光纤103通过跳线连接。
在一个可选的实施例中，传输光纤102与传感/加热光纤103熔接。
在一个可选的实施例中，传输光纤102和传感/加热光纤103外部设置有铝、铜或金的涂层。
在一个可选的实施例中，测温系统101采用基于瑞利散射的OFDR技术。
在一个可选的实施例中，测温系统101包括激光器200、光电检测电路201、光分路器203、采集控制系统204、光耦合器205和光环路器206；激光器200的发射端信号连接光分路器203的输入端；光分路器203上设置有第一输出端口和第二输出端口；光分路器203的第一输出端口信号连接光环路器206的输入端；光环路器206上设置有往返端口和第三输出端口；传输光纤102靠近测温系统101的一端设置有连接光纤202；光环路器206的往返端口通过连接光纤202信号连接传输光纤102；光环路器206的第三输出端口信号连接光耦合器205的输入端；光分路器203上的第二输出端口信号连接光耦合器205的输入端；光电检测电路201信号连接光耦合器205的输出端；采集控制系统204与激光器200、光电检测电路201通讯连接，采集控制系统204设置有采集模块和信号分析模块。
在一个可选的实施例中，激光器200为可调谐激光设备。
本实用新型中，进行液位测量时，将传感/加热光纤103部分放置在液体内部，利用温度控制装置105调节传感/加热光纤103温度，由于液体和气体的比热容和热传导能力相差很大，在气液混合相流体中，一旦周围环境快速升降温，那么液体、气体升降温速率不一致将在液气结合面形成温度梯度，此时可调谐激光器200发出的激光经光分路器203一分为二后，一部分通过光环路器206后传输至连接光纤202，并最终进入传感/加热光纤103，传感/加热光纤103产生的散射信号经光环路器206返回系统，进入光耦合器205，激光器200的另一部分光与返回的散射光在光耦合器205进行干涉，干涉光由光电检测电路201转成电压并被采集控制系统204获取，采集控制系统204通过扫描激光器的频率，并不断收集干涉信号，通过信号分析即可以计算传感/加热光纤103所在位置的温度，该系统的测温分辨率一般在1℃左右，因此只要升降温能达到3～5℃以上，就能够测量出液位，液位分辨率达到毫米级别。
实施例2
本实用新型提出的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，包括测温系统101、传输光纤102、传感/加热光纤103、加热导线104和温度控制装置105；测温系统101连接传输光纤102的一端；传输光纤102的另一端连接部分位于液体内部的传感/加热光纤103；加热导线104设置两组，两组加热导线104靠近待测液体的一端分别与传感/加热光纤103的两端连接，两组加热导线104的另一端均连接温度控制装置105。
在一个可选的实施例中，传输光纤102与传感/加热光纤103通过跳线连接。
在一个可选的实施例中，传输光纤102与传感/加热光纤103熔接。
在一个可选的实施例中，传输光纤102和传感/加热光纤103外部设置有铝、铜或金的涂层。
在一个可选的实施例中，测温系统101采用基于布里渊散射的BOTDA技术或BOCDA技术。
需要说明的是，基于布里渊散射的BOTDA技术和BOCDA技术的测温方案进行液位测量时分辨率为厘米量级，可以优化到毫米级别。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，包括测温系统(101)、传输光纤(102)、传感/加热光纤(103)、加热导线(104)和温度控制装置(105)；
测温系统(101)连接传输光纤(102)的一端；传输光纤(102)的另一端连接部分位于液体内部的传感/加热光纤(103)；加热导线(104)设置两组，两组加热导线(104)靠近待测液体的一端分别与传感/加热光纤(103)的两端连接，两组加热导线(104)的另一端均连接温度控制装置(105)。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，传输光纤(102)与传感/加热光纤(103)通过跳线连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，传输光纤(102)与传感/加热光纤(103)熔接。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，传输光纤(102)和传感/加热光纤(103)外部设置有铝、铜或金的涂层。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，测温系统(101)采用基于瑞利散射的OFDR技术。
6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，测温系统(101)包括激光器(200)、光电检测电路(201)、光分路器(203)、采集控制系统(204)、光耦合器(205)和光环路器(206)；激光器(200)的发射端信号连接光分路器(203)的输入端；光分路器(203)上设置有第一输出端口和第二输出端口；光分路器(203)的第一输出端口信号连接光环路器(206)的输入端；光环路器(206)上设置有往返端口和第三输出端口；传输光纤(102)靠近测温系统(101)的一端设置有连接光纤(202)；光环路器(206)的往返端口通过连接光纤(202)信号连接传输光纤(102)；光环路器(206)的第三输出端口信号连接光耦合器(205)的输入端；光分路器(203)上的第二输出端口信号连接光耦合器(205)的输入端；光电检测电路(201)信号连接光耦合器(205)的输出端；采集控制系统(204)与激光器(200)、光电检测电路(201)通讯连接，采集控制系统(204)设置有采集模块和信号分析模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，激光器(200)为可调谐激光设备。
8.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的液位测量装置，其特征在于，测温系统(101)采用基于布里渊散射的BOTDA技术或BOCDA技术。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111220646A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-02 | 国兴汇金(深圳)科技有限公司 | 液体分界面传感检测方法以及装置 |
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- 2019-02-14 CN CN201920199996.1U patent/CN209764199U/zh active Active
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