一种新型液位传感器的制作方法

本发明属于光纤传感技术领域，尤其是涉及一种新型液位传感器。

背景技术：

液位测量主要是对储油罐中油品的液位、体积和重量等参数进行直接或间接测量。早期液位测量大多采用机械原理，近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化方向发展，并且发展了许多新的测量原理，在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构上和功能上都有很大提高。目前我国的储油罐液位测量技术还比较落后，储油罐液位测量方法存在较多的问题和弊端，有的虽安装了自动化测量系统，但测量精度普遍不高。若从国外进口高精度液位仪，价格又太高。因此，分析当前国内外储油罐液位测量技术现状与发展趋势，并在此基础上研究出适合我国国情的液位测量技术就显得非常重要。

现有的液位测量传感器由于受到结构设计的问题，量程和分辨率不能兼顾，较大量程的液位传感器，分辨率一般都不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种新型液位传感器，实现防爆液位测量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种新型液位传感器，包括套管，所述套管内设有裸光纤，所述裸光纤上端通过铠装光纤连接测量电子终端，所述套管下端连接法兰端盖，所述法兰端盖内设有光纤密封腔，所述光纤密封腔内设有准直透镜和反射镜，所述裸光纤下端通过光纤连接准直透镜。

进一步的，所述套管为不锈钢多孔套管。

进一步的，所述裸光纤与所述套管同轴安装。

进一步的，所述裸光纤内部由2组光纤组成，其中一组形成发送光通道，另一组形成回传光通道。

进一步的，所述准直透镜设于所述反射镜上部。

进一步的，所述测量电子终端包括中央处理器、以及与所述中央处理器电连接的光电转换电路、模拟数字变换器、数字显示器、键盘，所述光电转换电路电连接模拟数字变换器。

进一步的，所述裸光纤为多模光纤。

进一步的，所述铠装光纤为多模光纤。

相对于现有技术，本发明所述的一种新型液位传感器具有以下优势：本发明所述的光纤液位传感器既可以做到较大量程，又可以保持较高的分辨率，可以做到防爆测量，对于易燃易爆油品液位测量具有较好的应用前景。这种光纤折射率传感器不仅制作简单、成本低廉，而且为波长编码、抗干扰性好，体积小、重量轻、无动作部件、安装方便。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述一种新型液位传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例所述测量电子终端的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的回光电压与液位高度的曲线图；

附图标记说明：

1-套管，2-裸光纤，3-铠装光纤，4-测量电子终端，5-法兰端盖，6-光纤密封腔，7-反射镜，8-准直透镜，9-汽油。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种新型液位传感器，包括套管1，所述套管1内设有裸光纤2，所述裸光纤2上端通过铠装光纤3连接测量电子终端4，所述套管1下端连接法兰端盖5，所述法兰端盖5内设有光纤密封腔6，所述光纤密封腔6内设有准直透镜8和反射镜7，所述裸光纤2下端通过光纤连接准直透镜8。

所述套管1为不锈钢多孔套管。

所述裸光纤2与所述套管1同轴安装。

所述裸光纤2内部由2组光纤组成，其中一组形成发送光通道，另一组形成回传光通道。

所述准直透镜8设于所述反射镜7上部。

所述测量电子终端4包括中央处理器、以及与所述中央处理器电连接的光电转换电路、模拟数字变换器、数字显示器、键盘，所述光电转换电路电连接模拟数字变换器。

所述裸光纤2为多模光纤。

所述铠装光纤3为多模光纤。

本发明的工作过程如下：

激光光源从测量电子终端4打入一束波长为1550nm的连续激光到裸光纤2的内部，裸光纤2内部由2组光纤构成，其中一组是发送光通道，另外一组是回传光通道。在传感器内部，裸光纤2是采用与不锈钢多孔套管1进行同轴安装，在不锈钢多孔套管1外侧的光纤是由铠装光纤3构成。信号光和回光是通过长距离铠装光纤3来连接的，这个距离可以大于5公里。也就是说铠装光纤3和裸光纤2其实是同一根光纤，只不过在不锈钢多孔套管1内部，裸光纤2是没有外包层的。输入光和输出光由反射镜7连接，反射镜7负责将输入光回传到测量电子终端4。反射镜7通过光纤准直透镜8和法兰端盖5进行连接，不锈钢多孔套管1内部是暗室环境，当不锈钢多孔套管1内部没有汽油9状态时，裸光纤2的外部包层相当于空气，这时光在光纤内部传输的全反射效应变弱，有一部分光会折射到空气中，回光信号变弱，电子测量终端4通过光电转换，在探测器上感测一个相对固定的回光能量；当不锈钢多孔套管1内部有一定液位的汽油9时，裸光纤2的外部包层相当于有一部分是空气，一部分是油脂，激光在不同介质包层条件下传输损耗不同，液位越高，损耗越大，回光信号就越弱，电子测量终端4通过光电转换，在探测器上感测不同液位环境的不同回光能量值，根据回光能量值确定待测液面的液体高度，回光电压值与液位高度的曲线图如图3所示，本发明可测量汽油、水等透明介质。

本发明提供的传感器，实现了对防爆环境溶液液位的测量。这种光纤折射率传感器不仅制作简单、成本低廉，而且为波长编码、抗干扰性好。实验表明，这种光纤折射率传感器其有效传感范围为0～50m，并且当溶液折射率小于1.40时，液位深度与回光近似呈线性关系，灵敏度为0.1mm。针对相同溶质不同深度的溶液，传感器出射光谱能量差异表明，该结构的光纤传感器在汽油/酒精等防爆液体深度检测方面有着良好的应用。本发明根据纤芯，空气和汽油的折射率不同，回光的强度呈现线性变化。传感器测量不同深度汽油液位，深度不同状态下，汽油和空气在无包层多模光纤的比例不同，光纤传输的损耗就会产生差异，回光强度就会产生明显变化。本发明通过由一段单模光纤中嵌入一小段无包层多模光纤组成。根据纤芯，空气和汽油的折射率不同，回光的强度呈现线性变化。传感器测量不同深度汽油液位，深度不同状态下，汽油和空气在无包层多模光纤的比例不同，光纤传输的损耗就会产生差异，回光强度就会产生明显变化，本发明所述的传感器借助光束传播法(BPM)，得出了外界环境折射率与包层模的有效折射率关系以及基模与部分包层模间的耦合关系。理论结果表明：随着外界环境折射率值的增大(液位变化)，基模的有效折射率保持不变，而包层模的有效折射率值则逐渐变大，当外界环境折射率的值接近包层折射率时，包层模的有效折射率值变化越明显；随着液位的增大，基模的耦和效率迅速变小，而包层模的耦合效率逐渐变大，最后趋向一个定值。特征波长随着外界环境折射率的增加而向减小的方向移动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。