飞机用光纤油位传感器的制作方法

本发明涉及一种飞机光纤油位传感器的结构，该光纤油位传感器可满足飞机的高强度、高密封、强干扰的复杂环境，但不仅限于使用于飞机，也可使用于汽车、游艇等油位或液位测量。该传感器采用侧发光光纤在不同介质中的损耗强度不同的原理实现油量测量。

背景技术：

在传统的油位测量技术中，就地直读式油位计和浮球油位计等属于接触式测量,虽然测量方法简单,但存在测量盲区和无法进行远程通信等缺点，很难适应现代测量技术的发展需要。其他利用电学原理制成的传感器，如压阻型油位传感器和电容差压式油位传感器等，由于使用电压或电流信号，也不易用于易燃易爆等危险环境，以及强腐蚀性的工作环境。油位传感器分为摆杆式油量传感器和立式油量传感器两种。输出模拟量信号都为电阻。摆杆式油量传感器在油液被颠簸震荡时很容易损坏，因此已逐步被立式油量传感器替代。立式油量传感器由磁钢浮子、舌簧管、金属膜电阻等组成。在输出模拟量的同时，还根据油位不同，输出开关信号。油量传感器的量程根据油箱内高确定。电气接线方式有三种：输出模拟量，外壳接地的单线制；输出模拟量，外壳不接地的双线制)；输出模拟量,能够高位报警和低位报警，公共负极的四线制。按工作介质：汽油、柴油、液压油，油、液位传感器共分两类：一类是用滑动电位器为基本检测元件，它是由浮子带动电位器，再用欧姆表检测其阻值，从而达到显示油位的目的，但当油垢覆盖电位器后，其阻值会发生变化，造成误差太大，甚至不能使用，使此类油箱传感器成为寿命很短的易损件。另一类是用电感线圈为基本检测元件，它是用浮子带动电感线圈，改变震荡电路的震荡频率，再通过频率计检测其频率来测定油(液)位。但其结构复杂，调试麻烦，成本高，价格昂贵，不能被广泛使用。因此，目前的飞机油量测量多采用基于电容油量传感器的燃油测量系统。现有技术中的电容式油量传感器相比传统的浮子式油量传感器，其显著的优点在于取消了机械传动机构，结构紧凑、体积较小、使用时间更长、精度大幅度提高。电容式油量传感器的传感部分是一个同轴的容器，当油进入容器后引起传感器壳体和感应电极之间电容量的变化。目前，飞机上的燃油测量技术主要是基于电容式油位传感器的燃油测量系统，其中美国霍尼韦尔和派克公司在燃油测量系统研究方面取得了较大的成就。这种基于电容式油位传感器的燃油测量系统虽然在测量精度、可靠性、安全性和维护性方面有了很大的改进，但仍没有完全解决其固有的一些技术问题：电容式油位传感器的信号为pF级的电容信号，信号强度很弱，不易于采集。

电容信号抗电磁干扰能力差。电容信号在传输过程中，很容易受到电磁干扰，特别是短波干扰。

燃油污染(包括水污染)导致测量系统虚警。

燃油牌号和燃油温度等的变化，导致测量系统精度下降。

由于分布电容的影响，系统装机校准和标定过程困难。

由于光纤传感器绝缘性能好、防爆、耐腐蚀、耐水性好而且可以做成非常小巧的传感器，光纤液位传感器是利用侧发光光纤在不同介质中的损耗不同实现油位测量，并采用U形补偿光纤对因温度变化等因素对测量结果的影响。测量现场完全不带电，并同时可以增大测量的安全区域。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种性能稳定、抗干扰能力强、不受电磁干扰、精度及灵敏度高、寿命长，主要用于飞机油位测量的光纤油位传感器。

为了实现上述目的，本发明提供的一种飞机用光纤油位传感器，包括作为感应结构，感应油位高度信号的侧发光光纤5、垂直固联在法兰盘1上的导筒4，以及遮挡导筒4的外筒2，其特征在于：侧发光光纤5沿发射端9的轴向方向的一段路径作为起始端，螺旋步进缠绕在导筒4筒体上，光纤抽头穿过导筒4底端径向孔，通过导筒4内腔设置的限位夹6，向起始端方向返回，固联在法兰盘1内侧密封连接板8设置的光纤接收端10上，与密封连接板8上装配的U形补偿光纤3平行，从而形成一路用于感应油位高度信号的光纤的侧发光光纤5，一路用于补偿温度变化因素的U形补偿光纤3。

作用于光纤起始端的发射光和作用于光纤接收端10的接受光均通过安装在法兰盘上1的密封连接板8传递。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

性能稳定。本发明采用作为感应结构感应油位高度信号的侧发光光纤5和垂直固联在法兰盘1上的导筒4以及遮挡导筒4的外筒2，结构强度高，密封性能好，能满足飞机等设备上的高强度复杂环境。

抗干扰能力强。本发明将侧发光光纤5的起始端沿发射端9延伸螺旋缠绕在导筒4上，并穿过导筒4底端内侧返回光纤的起始端，固联在法兰盘1内侧的密封连接板8上，形成侧发光光纤5的起始端和接收端10并列方式，摒弃了传统传感器的电信号采集方式，采用抗电磁干扰能力更强的光信号作为采集信号，解决了现有技术电容信号抗电磁干扰能力差，电容信号在传输过程中，很容易受到电磁干扰，特别是短波干扰的问题。

精度及灵敏度高。本发明采用在密封连接板8上装配U形补偿光纤3，作用于光纤起始端的发射光和作用于光纤接收端10的接受光均通过安装在法兰盘上1的密封连接板8传递。光纤油位传感器在外部安装外管进行遮光。避免自然光对传感器的影响。一路用于感应油位高度信号的光纤为侧发光光纤5，一路用于补偿因温度等变化因素对测量结果的影响光纤为U形补偿光纤3，两路光纤采用光通过侧发光光纤时在不同介质中的损耗不同的测量原理来实现油位的测量，精度及灵敏度高。且安装于导筒4内侧固定光纤的接收端10的限位夹还具有限定侧发光光纤接收端10光纤长度的作用，可以提高光纤油位传感器的测量精度。

寿命长。本发明侧发光光纤采用螺旋结构安装在导筒上，导筒上加工侧发光光纤安装螺旋槽。侧发光光纤和U形补偿光纤的发射光光源与光纤的发射端9、接受光源与光纤接收端10之间采用密封连接板连接。侧发光光纤在导筒外侧和导筒内侧均采用定位结构固定，光纤油位传感器采用侧发光光纤、U形补偿光纤的发射端9和接收端10均连接到密封连接板上，增加光纤在导筒上的结构强度。根据试验结果证明延长了寿命。螺旋结构的螺旋直径为28mm，螺距为15mm。侧发光光纤的发射端9沿导筒外侧螺旋槽形成螺旋结构，在底端穿过导筒内侧，形成接收端10并与发射端9并列。

密封连接板采用中连接光源与光纤的结构为玻璃，玻璃采用镶嵌或烧结的方案安装在结构件上。各玻璃中穿过的光不能相互干扰。

本发明还特别适合于石油化工行业等特殊环境中物理量的测量。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明光纤油位传感器全剖视图。

图2是本发明侧发光光纤螺旋结构示意图。

图3是本发明密封连接板的主视图。

图中：1法兰盘，2外管，3U形补偿光纤，4导筒，5侧发光光纤，6限位夹，7定位夹，8密封连接板，9发射端，10接收端，11发射端，13玻璃结构，14金属结构。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

具体实施方式

参阅图1、图2。以下描述的实施例中，光纤油位传感器包括侧发光光纤5、U形补偿光纤3、导筒4、外管2和密封连接板8等主要结构。侧发光光纤5采用螺旋结构固定在导筒4，导筒上加工侧发光光纤需要成型的螺旋槽。作为感应结构，感应油位高度信号的侧发光光纤5沿发射端9的轴向方向的一段路径作为起始端，螺旋步进缠绕在导筒4筒体上，光纤抽头穿过导筒4底端径向孔，通过导筒4内腔设置的限位夹6，向起始端方向返回，固联在法兰盘1内侧密封连接板8设置的光纤接收端10上，与密封连接板8上装配的U形补偿光纤3平行，从而形成一路用于感应油位高度信号的光纤的侧发光光纤5，一路用于补偿温度变化因素的U形补偿光纤3。作用于光纤起始端的发射光和作用于光纤接收端10的接受光均通过安装在法兰盘上1的密封连接板8传递。

法兰盘1是固定光纤油位传感器和安装发射光光源及接受返回光的装置。

为更精确的测量飞机油箱中的油量信号，光纤油位传感器采用两路光纤实现，一路用于感应油位高度信号是光纤为侧发光光纤5，一路用于补偿因温度等变化因素对测量结果的影响的U形补偿光纤3。侧发光光纤、U形补偿光纤的发射端9和接收端10均连接到密封连接板上。

侧发光光纤5螺旋结构直径为20mm-28mm，螺距为10-15mm。但不仅限于该数据。

螺旋结构中螺旋直径为28mm、螺距为15mm时，侧发光光纤在介质中的损耗强度最大，便于提高光纤油位传感器的分辨率和测量精度。

为确保侧发光光纤5螺旋结构参数的实现，导筒4上制有直径为20mm-28mm，螺距为10-15mm，深为R1.5的螺旋结构槽。

为将侧发光光纤5固定在导筒4和限定侧发光光纤5在导筒4内部的长度，侧发光纤在导筒外侧采用限位夹6进行固定，穿过导筒4底端内侧侧发光光纤5通过导筒4孔体设置的限位夹6固定。

为增加侧发光光纤5在导筒4上形成的螺旋结构的强度，在导筒内部采用定位夹7固定，在导筒4外侧表面设有固定光纤的定位夹7，定位夹数量根据传感器长度确定。在增加结构强度的同时，限定侧发光光纤接收端10的长度，避免因接收端10长度不同导致光穿过接收端10时的损耗不同导致测量精度发生变化。

光纤油位传感器在外部安装外管2进行遮光。避免自然光对传感器的影响。

参阅图3。为保证传感器的气密性，避免飞机油箱漏油，发射光光源与光纤发射端9之间、接受光源与光纤接收端10之间采用密封连接板8连接，密封连接板8安装在法兰盘1上。密封连接板8采用镶嵌或烧结的玻璃结构13安装在金属结构14上，玻璃结构的数量为光纤发射端9和接收端10之和，且各玻璃中穿过的光不能相互干扰。