专利名称：连续型光纤液位传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液位测量专用传感器，特别是一种能够对各种液体介质的液位实施高精度、连续测量的光纤液位传感器。
背景技术：
在工业生产及经营管理中，以电学原理为基础的传感器，诸如压阻式液位传感器、电容式超声波液位传感器等得到广泛的使用。但是，在对石油类液体或者其它易燃易爆等高危险液体以及强腐蚀液体进行液位测量时，则需要采用非电子的、耐腐蚀的液位传感器。例如光纤液位传感器。
中国专利号为ZL-02224560x公开了一种能够应用于上述易燃易爆以及强腐蚀液体液位测量的光纤液位传感器。这种光纤液位传感器主要是采用内应力片、外应力片以及光纤组成内、外两个腔体。内腔体是由内应力片与光纤的端面相对而构成的“法布里-珀罗腔”，而外应力片与内应力片之间构成了受力腔体，该受力腔体中充有液体介质。在进行液位测量时，液位的变化使外应力片所受到的压力改变而造成形变，并通过受力腔体中液体介质的传导使内腔体上的内应力片跟随形变，这时，通过光纤入射到内应力片上的光线所反射到光纤端面上的能量就会随着液位的高低变化而发生线性变化。因此，通过外部设置的检测设备对出射光强度的连续测量就可以对液位的高低数值进行连续测量。
但是，这种光纤液位传感器还存在一些不足，特别是容易受到使用环境变化的影响，特别是当温度变化时，内应力片的轻微变形就会对测量精度造成很大的影响。
另外，该光纤液位传感器的结构相对复杂使生产成本过高，且批量生产的工艺性难度较大，产品的成品率较低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述光纤液位传感器所存在的不足提供一种连续型光纤液位传感器，该传感器利用恒弹性片与应力平衡器构成一个敏感组件，而固定光纤的壳体与恒弹性片组成能与大气连通的光学谐振腔，不仅能够在各种环境中对各种液体液位的变化进行连续测量，而且还具有测量精度高、生产工艺简单、使用方便等特点。
本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的一种连续型光纤液位传感器，它包括上端面为敞口的圆筒型壳体、圆管状外连接器、弹性缓冲片、恒弹性片及光纤。圆筒型壳体内底部设有一圆筒型，且底端面封闭，顶端面开口的应力平衡器，该应力平衡器的外侧表面与圆筒型壳体内壁贴合。
恒弹性片密闭盖设在所述应力平衡器的顶端面，且与该应力平衡器的底端面平行，使应力平衡器内部形成一光学谐振腔体。所述光纤由圆筒型壳体以及应力平衡器的底端面穿入所述光学谐振腔体内，其轴线与所述恒弹性片垂直。
弹性缓冲片固定设置在恒弹性片的外侧，并与恒弹性片之间形成封闭的缓冲腔体，该缓冲腔体内充满缓冲液。
圆管状外连接器的一端与圆筒型壳体上端密闭固接，另一端用于连接外部储液容器。
为使传感器外部的空气能够进出光学谐振腔体，在所述的圆筒型壳体上开设有穿过所述应力平衡器的与所述光学谐振腔体连通的气孔。
为保证测量精度，缓冲腔体的高度可以设置为0.5mm-1mm。
恒弹性片是采用单晶硅材料或蓝宝石材料制造的圆形片，其直径为3mm-10mm，厚度为200μm-800μm。
本实用新型根据容器内的液体压强与深度成正比的关系，即
P＝ρgh式中P为液体内的压强，ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液体内某点的深度。当液体的密度ρ一定时，通过检测液体内的压强，就可以得知液位。
由上述技术方案及原理可知，本实用新型采用恒弹性片与具有低膨胀线性系数材料制成的应力平衡器构成一个完整的敏感组件。光纤与该敏感组件形成相互作用的光学机构——光学谐振腔，当传感器置入容器内的液体时，传感器的恒弹性片会受到外部的压力作用产生形变，引起敏感组件发生机械形变，由于光学机构中的光纤端面与壳体是固定的，通过光纤入射到恒弹性体上的反射光再反射到光纤端面的能量会随着液位的改变而改变，而且这种改变是与随液位的变化而线性变化，因此检测光纤出射光的强度变化就会连续的监测被测液体高度的变化。
由于本实用新型通过测量光强的变化，反应液位的变化，而且这种变化是连续的，因此它具有极高的测量精度。
另外，由于本实用新型给出的液位信号是连续的光强变化量，信号的输入到信号的输出都是由光纤传递，因此它完全不会受外部电磁信号的干扰，传感器本身为本质安全型，因此这种装置可以应用在几乎任何液体液位的测定，特别是一些有害、易燃、易爆液体液位的测定。本实用新型能够通过计算机建立网络化数据测量采集系统，从而可以对大型油库、液体化工原料储存基地等实施局域网络化监测，具有极大的实用性。
图1位本实用新型所提供的一个较佳实施例的内部结构示意图。
具体实施方式
以下，通过一个较佳实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
如图1所示，本实用新型所提供的较佳实施例包括上端面为敞口的圆筒型壳体1、圆管状外连接器2、弹性缓冲片3、圆形的恒弹性片4及光纤5。
圆筒型壳体1内底部设有一采用底膨胀系数材料殷钢制成的圆筒型的应力平衡器11，该应力平衡器11的底端面封闭，顶端面为开口，并且，其外侧表面与圆筒型壳体1的内壁紧密贴合。
恒弹性片4通过静电封接工艺密闭盖设在应力平衡器11的顶端面上，并且与应力平衡器11的底端面平行。应力平衡器11与恒弹性片4组成一个光学谐振腔体6，光学谐振腔体6成测量液位的敏感组件。
光纤5由圆筒型壳体1以及应力平衡器11的底端面穿入光学谐振腔体6内，其轴线与恒弹性片4垂直。光纤5可以采用单模石英光纤。圆筒型壳体1上还开设有穿过应力平衡器11的气孔9。
弹性缓冲片3固定设置在恒弹性片4的外侧，并与恒弹性片4之间形成封闭的缓冲腔体7，该缓冲腔体内充满液压油缓冲液。为便于向缓冲腔体7内灌装液压油，在圆筒型壳体1上开设有两个注液孔71，且注液孔71中设有堵头8。
圆管状外连接器2是一个内部中空，外部呈“凸”字形的圆管体，其外径较大的一端设置在圆筒型壳体1上端内侧并与圆筒型壳体1内壁封闭连接。弹性缓冲片3则固定覆盖在圆管状外连接器2外径较大一端的端口上。圆管状外连接器2的另一端可用于连接外部储液容器。
在对液体的液位进行测量时，将圆管状外连接器2与外部储液容器连接，使其内部与储液容器内贯通，液体经由圆管状外连接器2的内部注入，对弹性缓冲片3施加压力。当液位发生变化时，施加在弹性缓冲片3上的压力也会随之改变，这一改变的压力通过缓冲腔体7中的液压油传递到恒弹性片4，造成恒弹性片4的形变，此时，光纤入射到恒弹性体上的反射光再反射到光纤端面的能量也会随之改变，而且这种随液位的变化而发生的能量改变是线性变化。因此，检测光纤出射光的强度变化就会连续得到被测液体高度的变化数值。
在上述实施例中，缓冲腔体7的高度不能过大，应控制在0.5mm-1mm。恒弹性片4可以采用单晶硅材料或蓝宝石材料制造，其直径的取值范围可以设置为3mm-10mm，厚度数值可以在200μm-800μm之间选择。
另外，为调整反射光的反射率，可以在恒弹性片4的内侧表面镀上一层λ/4膜系的半透半反膜，将反射率调整到70％-76％。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种连续型光纤液位传感器，其特征在于它包括上端面为敞口的圆筒型壳体、圆管状外连接器、弹性缓冲片、恒弹性片及光纤；所述圆筒型壳体内底部设有一采用低膨胀系数材料制成的圆筒型，且底端面封闭，顶端面开口的应力平衡器，该应力平衡器的外侧表面与圆筒型壳体内壁贴合；所述恒弹性片密闭盖设在所述应力平衡器的顶端面，且与该应力平衡器的底端面平行，使应力平衡器内部形成一光学谐振腔体；所述光纤由圆筒型壳体以及应力平衡器的底端面穿入所述光学谐振腔体内，其轴线与所述恒弹性片垂直；所述弹性缓冲片固定设置在恒弹性片的外侧，并与恒弹性片之间形成封闭的缓冲腔体，该缓冲腔体内充满缓冲液；所述圆管状外连接器的一端与圆筒型壳体上端密闭固接，另一端用于连接外部储液容器。
2.根据权利要求1所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的圆筒型壳体上开设有穿过所述应力平衡器的与所述光学谐振腔体连通的气孔。
3.根据权利要求1或2所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的圆管状外连接器为“凸”字形，其外径较大的一端设置在所述圆筒型壳体上端内侧并与圆筒型壳体内壁封闭连接；所述弹性缓冲片固定覆盖在圆管状外连接器外径较大一端的端口上。
4.根据权利要求1所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的圆筒型壳体上开设有用于向所述缓冲腔体内灌充缓冲液体的注液孔，且注液孔中设有堵头。
5.根据权利要求1或2或4所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的缓冲液为液压油。
6.根据权利要求1或2或4所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的缓冲腔体的高度为0.5mm-1mm。
7.根据权利要求1所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的应力平衡器采用殷钢材料制造。
8.根据权利要求1所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的恒弹性片是单晶硅材料或蓝宝石材料制造的圆形片，其直径为3mm-10mm，厚度为200μm-800μm。
9.根据权利要求1或8所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的恒弹性片的内侧表面上镀有半透半反膜，该半透半反膜为λ/4膜系，用于将反射率调整到70％-76％。
10.根据权利要求1所述的连续型光纤液位传感器，其特征在于所述的光纤为单模石英光纤。
专利摘要一种连续型光纤液位传感器，它包括上端面为敞口的圆筒型壳体、圆管状外连接器、弹性缓冲片、恒弹性片及光纤；圆筒型壳体内底部设有一圆筒型的应力平衡器，该应力平衡器的外侧表面与圆筒型壳体内壁贴合；恒弹性片密闭盖设在所述应力平衡器的顶端面，使应力平衡器内部形成一光学谐振腔体；光纤由圆筒型壳体以及应力平衡器的底端面穿入所述光学谐振腔体内，与恒弹性片垂直；所述弹性缓冲片固定设置在恒弹性片的外侧，并与恒弹性片之间形成封闭的缓冲腔体，该缓冲腔体内充满缓冲液；所述圆管状外连接器的一端与圆筒型壳体上端密闭固接，另一端用于连接外部储液容器。本实用新型通过测量随液位的变化而产生的光的强度变化，可以获得连续变化的液位数值。
文档编号G01F23/284GK2700848SQ20042005973
公开日2005年5月18日 申请日期2004年5月20日 优先权日2004年5月20日
发明者刘志麟, 张范军 申请人:广州市敏通光电科技有限公司