一种大量程高精度的液位测量装置的制作方法

本实用新型涉及液位测量仪器，尤其涉及到光纤传感技术结合超压结构自保护设计的一种大量程高精度液位测量装置。

背景技术：

光纤传感技术是在20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，它是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的一种新型传感技术。这些光纤传感器根据作用范围又可以分为三类：点式传感器（如光纤微弯传感器、光纤Fabry-Perot传感器、光纤Bragg光栅传感器等），积分传感器（如光纤Michelson干涉仪和光纤Mach-Zehnder干涉仪），分布式传感器（如利用布里渊散射效应制成的应力、温度分布式传感器）。光纤式传感器具有其它传统电传感器无可比拟的优点，主要是：抗电磁干扰、耐腐蚀、测量范围宽、便于复用成网、小型化和维护成本低等。

目前，光纤式传感器已经广泛应用于储油罐、管道、堤坝的压力、液位、温度的测量中，通常采用传统的电测量方法，这种方式主要原理是压力检测装置的压力敏感元件会随着被测压力变化而产生相应的变形，压力敏感元件变形后会引起相关量的变化（电阻、电容等），这个变化再有信号变换和放大电路转换成电信号输出，通过检测相关电信号就能得到相应的压力值，再通过传感器中增加热敏电阻温度计，就能计算得到其温度值。

在易燃易爆的储油罐检测方面，传统的电子测量方法可能产生放电现象，从而引发爆炸，存在安全隐患，从而不能满足石化领域的检测需求，对于其他如堤坝和管道的测量，由于现场工况复杂且恶劣，传统的电子测量设备很容易受到外界环境的影响，直接影响其测量精度。同时，传统电子测量设备采用电缆来传递电和输出信号，所需的电缆数目较大，且无法将其植埋入建筑结构内部，所以在实现长期实时监测方面具有很大的局限性。同时，对于传统的液位测量装置，其测量误差会随着量程的增大而累加，对于精确测量存在很大的限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种大量程高精度的液位测量装置。本实用新型的液位测量装置要求能够测量液位的高度和液体的温度，并且要求测量量程大、精度高、成本低并且实现超压自保护功能。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案如下：

一种大量程高精度的液位测量装置, 液位测量装置包括有多个级联连接的测量单元，所有所述的测量单元串联于一根传输光纤中，两个相邻的所述测量单元通过柔性不可伸机构连接，所述测量单元包括有基体、压力敏感弹性元件和光纤型弹力敏感元件，所述光纤型弹力敏感元件串联于所述传输光纤中，所述光纤型弹力敏感元件固定于所述基体与所述压力敏感弹性元件之间，所述测量单元设有超压自保护机构，所述压力敏感弹性元件与超压自保护机构相连。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述基体包括有底座和上壳，所述上壳安装于所述底座上，所述底座的中心位置设有进压口，所述基体底部进压口的位置设有所述过滤网，所述上壳的顶部中心位置安装有光纤引出结构。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述超压自保护机构包括有细径管、粗径管和密封塞，所述细径管固定于粗径管上，所述细径管上端与所述压力敏感弹性元件相连，所述粗径管的下端固定于底座上进压口的位置，所述密封塞位于所述粗径管内并通过细绳悬挂于所述压力敏感弹性元件上。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述光纤型弹力敏感元件通过导向杆固定于所述压力敏感弹性元件上。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述光纤型弹力敏感元件的两端固定于等强度弹性梁上，所述等强度弹性梁一端固定在压力敏感弹性元件上，另一端通过固定架固定于所述基体上。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述测量单元中还设有光纤型温度敏感元件，所述光纤型温度敏感元件与所述光纤型弹力敏感元件均串联于所述传输光纤中。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述柔性不可伸机构与所述测量单元通过固定卡连接。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述压力敏感弹性元件为膜片或为膜盒或为弹簧管。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述上壳和所述底座连接位置安装有密封圈。

在本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置中，所述的柔性不可伸机构为一根称重绳。

基于上述技术方案本实用新型与现有技术相比有如下优点：

1.本实用新型的大量程高精度的液位测量装置采用光纤型弹力敏感元件作为传感器，其能有效防止电磁干扰，并且容易形成高性能、低成本的传感阵列，在工程应用中具有巨大市场潜力。

2.在本实用新型的大量程高精度的液位测量装置中安装有超压自保护机构，其可有效的防止各个测量单元间数据的干扰，从而提高液位测量装置的测量精度。

附图说明

图1是本实用新型一种大量程高精度的液位测量装置的整体结构示意图。

图2是本实用新型一种大量程高精度的液位测量装置中测量单元的结构示意图。

图3是本实用新型采用等强度量方案的测量单元结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施事例来对本实用新型的结构原理和具体应用做进一步的说明，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。

请看图1，图1是本实用新型一种大量程高精度的液位测量装置的整体结构示意图。从图中可以看出，本实用新型的液位测量装置包括有多个上下连接的测量单元1，所有测量单元1级联相连，并且两个相邻的测量单元1之间通过柔性不可伸机构2相连接，当测量液位时，将该液位测量装置放入液体中，可将位于最下端的测量单元1置于液体的最底端。

在本实用新型的液位测量装置中，所述的柔性不可伸机构是指该部件本身无法自己伸长，但在安装使用的时候可以随意弯折绕曲，增加操作的便利性，一旦连接完成后长度无法再度伸长，通常使用的柔性不可伸机构是一根称重绳。我们可以通过改变两个相邻的测量单元1之间连接的柔性不可伸机构2的长度调整测量精度。当需要精密测量液体的液位时，采用相邻测量单元1之间柔性不可伸机构2相对较短的液位测量装置。柔性不可伸机构2所连接的测量装置的数量可以根据所测量液位的高度而确定，本实用新型的液位测量装置的液位测量高度可以达到20米。

在本实用新型中，所有的测量单元通过一根传输光纤串联连接，传输光纤用于将各个测量单元的测量信息输出到光纤解调仪上。

请看图2，图2是本实用新型一种大量程高精度的液位测量装置中测量单元1的结构示意图。测量单元1的结构组成包括有基体、压力敏感弹性元件7、传输光纤和光纤型弹力敏感元件12，光纤型弹力敏感元件12连接在传输光线中，传输光纤与光纤解调仪相连接，传输光纤一部分位于测量单元1内，一部分位于测量单元1外，光纤型弹力敏感元件12串联在位于测量单元1内部的传输光纤中。光纤型弹力敏感元件12固定在基体和压力敏感弹性元件7之间，测量单元1内部还设有超压自保护机构8，超压自保护机构8与压力敏感弹性元件7内部连通。当测量液体时，测量单元1处于不同液位高度时敏感弹性元件产生不同程度的形变，并带动光纤型弹力敏感元件12的产生形变，形变量通过传输光纤输出至光纤解调仪中得出传输光纤中的波长变化，进而得出液位-波长曲线实现液位的测量。其中压力敏感弹性元件7可以为膜片、膜盒或弹簧管，由进压口进入测量单元1的液体产生压力导致膜片、膜盒或弹簧管产生变形。一般表现为膜片凸起、膜盒膨胀和弹簧管扭转变形。

基体的结构组成包括有上壳9和底座5。上壳9安装在底座5上形成一个容置空间，在上壳9与底座5连接位置安装有密封圈6，密封圈6的设置用于防止待测液体进入基体内。上壳9的顶部中心位置安装有光纤引出结构11，光纤引出结构11与上壳设有密封圈或通过密封胶粘连，传输光纤紧密环套在光纤引出结构11中；底座5的中心位置设有进压口，待测液体从进压口位置进入测量单元1内，底座5的底部进压口的位置安装有过滤网4。过滤网4可以有效的防止待测液体中的杂质堵塞进压口或者进入测量单元1内部导致压力敏感弹性元件7的弹性改变，根据待测液体的实际情况调整更换不同型号网眼的过滤网4，保证测量单元1的正常测量。

光纤型弹力敏感元件12用于待测液体液位，采用光纤作为测量液压传感装置可以防止电磁干扰，并且光纤型弹力敏感元件12耐腐蚀、测量范围宽、便于复用成网、便于小型化和维护成本低等。光纤型弹力敏感元件12通过导向杆3固定在压力敏感弹性元件7上，导向杆3固定在压力敏感弹性元件7的上方。导向杆3用于将压力敏感弹性元件7的形变传递到光纤型弹力敏感元件12上。导向杆3可以设在压力敏感弹性元件7形变明显的位置，提高光纤型弹力敏感元件12测量的灵敏度。

当光纤型弹力敏感元件12，形变量较大时，测得的数值会产生误差。所以压力敏感弹性元件7通过一个超压自保护机构8与进压口相连通。超压自保护机构8结构中包括有细径管、粗径管和密封塞，细径管固定在粗径管上且固定位置密封，细径管上端与压力敏感弹性元件7相连，所述粗径管的下端固定于底座5上进压口的位置，密封塞通过细绳悬挂于压力敏感弹性元件7上，密封塞位于粗径管内。当压力敏感弹性元件7的变形量较大时，压力敏感弹性元件7通过细绳牵引密封塞向上运动并堵塞位于细径管的管口，压力敏感弹性元件7不进一步发生形变，进而使光纤型弹力敏感元件12处于一个稳定状态，达到超压自保护功能。超压自保护机构8的设置使液位测量装置中的每个测量单元1之间互不干扰。超压自保护机构8还能够保护压力敏感弹性元件7，防止由于压强过大导致压力敏感弹性元件7受损。当液位达到一定的高度时，液位测量装置中某些处于下方的测量单元1中的超压自保护机构8自动关闭，处于上方的测量单元1仍继续进行液位测量。

待测液体通过进压口进入超压自保护机构8和压力敏感弹性元件7所形成的空间内，压力敏感弹性元件7由于液体的压力产生形变，压力敏感弹性元件7的形变传递到导向杆3上，使导向杆3移动或扭动，进而由固定在导向杆3上的光纤型弹力敏感元件12感知并将测得的信号传出，利用压力敏感弹性元件7产生的形变来驱动光纤型弹力敏感元件12，光纤型弹力敏感元件12的中心波长发生漂移，并将波长变化通过传输光纤传到光纤解调仪上，得出液位-波长曲线，达到液位测量的目的。当测量单元1所处液位变深，压力敏感弹性元件7所受压强越大，压力敏感弹性元件7的形变量变大，同时带动超压自保护机构8中的密封塞向细径管管口移动；当压强达到一定程度时，密封塞堵塞细径管管口，进而实现超压自保护。

作为一种改进，传输光纤上还连接有光纤型温度敏感元件10，光纤型弹力敏感元件12用于测量待测液体温度。光纤型温度敏感元件10与光纤型弹力敏感元件12串联在传输光纤上。光纤型温度敏感元件10测量机体内部温度，并将信号通过传输光纤传到光纤解调仪测上量其波长，即可获得温度-波长的变化曲线。光纤型温度敏感元件10的设置可以实时监测液体的温度，且光纤型弹力敏感元件12形变量排除由于温度导致的形变能够使测量更加精确。

作为一种改进，光纤型弹力敏感元件12通过等强度弹性梁14和固定架13固定于基体和压力敏感弹性元件7之间。图3是本实用新型采用等强度弹性梁14方案的测量单元1结构示意图。如图3所示固定架13安装固定在基体的底座5上，等强度弹性梁14通过导向杆3固定在压力敏感弹性元件7上，光纤型弹力敏感元件12的两端固定在等强度弹性梁14上。待测液体通过进压口进入超压自保护机构8和压力敏感弹性元件7所形成的空间内，压力敏感弹性元件7由于液体的压力产生形变，压力敏感弹性元件7带动导向杆3运动，等强度弹性梁14发生形变，进而使固定在等强度弹性梁14上的光纤型弹力敏感元件12发生形变，光纤型弹力敏感元件12的中心波长发生漂移，并将波长变化通过传输光纤传到光纤解调仪上，得出液位-波长曲线达到液位测量的目的。

本实用新型的一种大量程高精度的液位测量装置， 利用级联连接的测量单元测量液位的高度，并且运用了独有的超压自保护机构，使得每个测量单元之间互不干扰，结构新颖、测量精度高、量程大，最大可达到25米，并且传感元件采用光纤型，使液位测量装置具有长期稳定性好、安全高，抗电磁干扰、无电测量、可长期在线监测等优点。