一种液体液位检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种液位测量技术，尤其是涉及一种液体液位检测装置。

背景技术：

目前，一些工业领域应用比较典型的液位测量技术有超声检测和光纤检测等。其中，超声检测因超声波的传播速度受介质的密度、压力、温度等因素影响，因此，如果要实现较高的检测精度，那么需要对测量方法进行较为复杂的改进，以排除超声波的传播速度变化所带来的干扰；超声检测还存在着盲区大、测量数据不稳定、检测精度易受环境干扰等问题。而光纤检测由于其故障率较高，且安装和维护要求较高，因此其不利于推广应用。

近年来，光纤光栅的研究备受关注，其具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅的制作工艺比较成熟，易于形成规模化生产，成本低，因此其具有良好的实用性，其优越性是其他许多器件无法替代的。这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件已成为全光网中理想的关键器件，由此也产生了一系列的光纤光栅传感器。目前，已报道的光纤光栅传感器可以对振动、频率、压力、电流等多种物理量进行测量。与传统机械、电子传感器相比，光纤光栅传感器具有诸多优点，如：灵敏度高、工作频带宽、抗电磁干扰、传输损耗小、测量范围广、易于多单元复用成阵列等。因此，如何利用光纤光栅来检测液位值得研究。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作简便的液体液位检测装置，其利用裸长周期光纤光栅在光传导方向上的折射率有周期性变化的特点，对周围环境如温度、压力等非常敏感，光波在光纤内的传播会产生变化的特点，来反映周围液体液位的变化情况，且故障率低、测量数据稳定、检测精度不受环境干扰。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种液体液位检测装置，其特征在于包括激光发射器、用于传输的一根第一光纤和一根第二光纤及N-1根第三光纤、用于感应和测量的N根裸长周期光纤光栅、用于盛装液体的液体槽及用于测量不同波长的光波经过传输所产生的功率大小的功率计，所述的液体槽内竖直设置有固定架，所述的固定架上并列固定有N个横向放置且分别用于保护每根所述的裸长周期光纤光栅的中空保护筒，所述的中空保护筒的周壁上均匀设置有多个与所述的中空保护筒的内腔连通的通孔，所述的裸长周期光纤光栅之间通过所述的第三光纤连接成一体构成测量部分，所述的第一光纤、所述的测量部分及所述的第二光纤依次连接构成一体，所述的激光发射器的输出端与所述的第一光纤的第一端连接，所述的第二光纤的第二端穿过所述的液体槽后与所述的功率计的输入端连接，并使所述的第一光纤的第二端固定于第一个所述的中空保护筒的入口中、所述的第二光纤的第一端固定于最后一个所述的中空保护筒的出口中、每根所述的第三光纤的两端对应固定于相邻的前一个所述的中空保护筒的出口和后一个所述的中空保护筒的入口中，每根所述的裸长周期光纤光栅完全悬置于一个所述的中空保护筒的内腔中，且每根所述的裸长周期光纤光栅对应一个液位；上述，N的取值大于或等于2。

所述的第一光纤与所述的裸长周期光纤光栅之间、所述的第三光纤与所述的裸长周期光纤光栅之间、所述的第二光纤与所述的裸长周期光纤光栅之间均通过采用光纤熔接机焊接实现连接。

所述的中空保护筒为呈圆柱形的中空的塑料透明筒体，所述的中空保护筒的入口和出口对应设置于所述的中空保护筒的两个轴向端面上；或所述的中空保护筒由呈圆柱形的中空的第一塑料透明筒体和呈圆锥形的中空的第二塑料透明筒体一体连接构成，所述的中空保护筒的入口和出口分别设置于所述的第二塑料透明筒体的窄端端面和所述的第一塑料透明筒体的轴向端面上。

所述的激光发射器的输出端与所述的第一光纤的第一端之间、所述的第二光纤的第二端与所述的功率计的输入端之间均通过一个光纤连接头连接。在实际连接时需注意保持光纤连接头的整洁卫生，以防止激光通过光纤连接头时产生较大的损耗。

所述的液体槽上设置有进水口和排水口。在此，通过在液体槽上设置进水口和排水口不仅能够保证液体槽内的液体的流动与排放，而且能够仿真模拟真实条件下不同水位下液体的水压。

所述的功率计的输出端连接有用于存储所述的功率计测量得到的数据及能在所述的功率计测量得到的数据超出设定阈值时发出报警信号的计算机终端。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1）该液体液位检测装置利用裸长周期光纤光栅对外界环境如温度、压力等的敏感性，通过激光发射器发射出的特定波长的激光，即可在功率计上观察到不同水位对裸长周期光纤光栅影响所产生的功率变化，从而可以通过观察功率的变化来确定水位的变化。

2）由于液体槽内盛装的液体会进入到中空保护筒内，因此中空保护筒的设置可有效的避免裸长周期光纤光栅因脆性在流动的液体的冲击力下可能发生的断裂，很好的降低了故障率，利于推广应用，并且能够减弱外界风力、温度、压强等对裸长周期光纤光栅的影响，将对裸长周期光纤光栅的主要影响因素控制在仅受水压影响，从而使得测量数据稳定，检测精度不受环境干扰。

3）由于中空保护筒的周壁上均匀设置有数个通孔，液体槽内盛装的液体通过通孔进入到中空保护筒内，因此可保证中空保护筒的内外部环境处于近似相同的条件下，从而能够准确的获得液体的液位。

4）该液体液位检测装置的结构简单，而且操作时仅需开启激光发射器，并调节到特定波长，而后观测功率计即可，操作简便，抗干扰性强。

附图说明

图1为实施例一的液体液位检测装置的组成结构示意图；

图2为实施例一的液体液位检测装置中的中空保护筒的结构示意图；

图3为实施例二的液体液位检测装置的组成结构示意图；

图4为实施例一和实施例二的液体液位检测装置中的两根裸长周期光纤光栅在空气中、一根裸长周期光纤光栅在液体中而另一根裸长周期光纤光栅在空气中、两根裸长周期光纤光栅在液体中，三种情况下测得的功率大小与激光发射器发射的激光的波长之间的关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出的一种液体液位检测装置，如图1和图2所示，其包括激光发射器1、用于传输的一根第一光纤21和一根第二光纤22及一根第三光纤23、用于感应和测量的两根裸长周期光纤光栅3、用于盛装液体的液体槽4及用于测量不同波长的光波经过传输所产生的功率大小的功率计5，液体槽4内竖直设置有固定架6，固定架6上并列固定有两个横向放置且分别用于保护每根裸长周期光纤光栅3的中空保护筒7，中空保护筒7的周壁上均匀设置有多个与中空保护筒7的内腔连通的通孔71，两根裸长周期光纤光栅3之间通过第三光纤23连接成一体构成测量部分，第一光纤21、测量部分及第二光纤22依次连接构成一体，激光发射器1的输出端与第一光纤21的第一端连接，第二光纤22的第二端穿过液体槽4后与功率计5的输入端连接，并使第一光纤21的第二端固定于第一个中空保护筒7的入口中、第二光纤22的第一端固定于最后一个中空保护筒7的出口中、每根第三光纤23的两端对应固定于相邻的前一个中空保护筒7的出口和后一个中空保护筒7的入口中，每根裸长周期光纤光栅3完全悬置于一个中空保护筒7的内腔中可自由伸展，且每根裸长周期光纤光栅3对应一个液位。

在此具体实施例中，第一光纤21与裸长周期光纤光栅3之间、第三光纤23与裸长周期光纤光栅3之间、第二光纤22与裸长周期光纤光栅3之间均通过采用现有的光纤熔接机焊接实现连接。

在此具体实施例中，中空保护筒7由呈圆柱形的中空的第一塑料透明筒体72和呈圆锥形的中空的第二塑料透明筒体73一体连接构成，中空保护筒7的入口和出口分别设置于第二塑料透明筒体73的窄端端面和第一塑料透明筒体72的轴向端面上。实际上，中空保护筒7的结构不限，仅要求两端的入口和出口能够固定住光纤，且液体能够进入到中空保护筒7中，使内外部环境近似相同，如可将中空保护筒7设计为呈圆柱形的中空的塑料透明筒体，中空保护筒7的入口和出口对应设置于中空保护筒7的两个轴向端面上。

在此具体实施例中，激光发射器1的输出端与第一光纤21的第一端之间、第二光纤22的第二端与功率计5的输入端之间均通过一个光纤连接头（图中未示出）连接。在实际连接时需注意保持光纤连接头的整洁卫生，以防止激光通过光纤连接头时产生较大的损耗。

在此具体实施例中，液体槽4上设置有进水口41和排水口42。在此，通过在液体槽4上设置进水口41和排水口42不仅能够保证液体槽4内的液体的流动与排放，而且能够仿真模拟真实条件下不同水位下液体的水压。

在本实施例中，激光发射器1采用现有技术，激光发射器1工作时，激光发射器1能够通过其上的控制面板来调节不同的波长，或者通过连接到计算机上通过软件写入来调节不同的波长，光波通过光纤的传输，到达功率计5的位置；裸长周期光纤光栅3是利用物理方法对长周期光纤光栅直接进行去皮获得的；功率计5选用一般性的光功率计，如选用型号为AV2498的光功率计，功率计5上的数值变化能够反映在发射波长一定时不同水位对于裸长周期光纤光栅3的影响，进而来判断不同的水位；固定架6可以为一块木板；利用强力胶水直接将中空保护筒7的外周壁与固定架6的表面粘接，以保护中空保护筒7的位置固定不变。

本实施例的液体液位检测装置的工作过程为：开启激光发射器1，并调节激光发射器1上调控波长的设置按钮，以设置到特定的波长，使激光发射器1发射出该波长的光波，激光发射器1的输出端发射的光波经光纤的传输到达裸长周期光纤光栅3，裸长周期光纤光栅3对外界因素非常敏感，又由于中空保护筒7的作用，将裸长周期光纤光栅3的主要影响因素控制在仅受水压影响，因此不同的液体水位会产生不同的水压，对光波在裸长周期光纤光栅3内的传输造成了一定的影响，当光波通过光纤传输到功率计5上时，功率计5上就会显示相应的功率值。

实施例二：

本实施例提出的液体液位检测装置是在实施例一提出的液体液位检测装置的基础上增设了计算机终端，即如图3所示，在功率计5的输出端连接有计算机终端9，计算机终端9接收并存储功率计5测量得到的数据，并且能够在功率计5测量得到的数据超出设定阈值时发出报警信号。计算机终端9的设置实现了数据的存储与超限报警。

图4给出了实施例一和实施例二的液体液位检测装置中的两根裸长周期光纤光栅（LPG）在空气中、一根裸长周期光纤光栅在液体中而另一根裸长周期光纤光栅在空气中、两根裸长周期光纤光栅在液体中，三种情况下测得的功率大小与激光发射器发射的激光的波长之间的关系曲线。从图4中可以看出，在1558.17 nm的波长下三种情况得到的功率值相差很大，因此可以利用该波长作为本实施例的液体液位检测装置检测液体液位的波长，即使得激光发射器发射该波长的光波，观察功率计上显示的功率值，若液体的水位发生变化，则可通过计算前后两次功率值的差值大小程度，来判断不同的水位信息。