一种基于倾斜微槽塑料光纤的连续液位传感装置的制作方法

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于倾斜微槽结构高分辨率的塑料光纤液位传感装置。

背景技术：

液位的检测在日常生活和工业领域中是非常重要的，如化工生产、冶金工业、石油工业、飞机加油系统和燃气站等。一些较危险的液体储存时需要实时检测液位情况，以防止意外泄漏发生危险。光纤具有抗电磁干扰、耐腐蚀及防燃爆等特点，适合应用于复杂环境，因此光纤液位传感器的研究及应用越来越广泛。就光纤种类来说，与石英光纤相比较，塑料光纤具有更好的柔韧性、易于机械加工等优点，因此塑料光纤的应用领域广泛，前景广阔。

对于光纤液位传感器来说，其灵响应速度快、敏度高、抗干扰能力强，可以在极为恶劣的环境下使用。另外光纤液位传感器还具有体积小、重量轻、结构简单等优点。但目前现有技术的刻槽光纤液位传感装置中，多数所刻蚀的槽尺寸较大，无法实现连续测量，因此研制一种结构微小的倾斜槽状光纤液位传感装置，对液位测量有重大价值。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种新型的，可高精度连续测量的塑料光纤液位传感装置，其根据倾斜微槽内不同液位高度可以影响光纤中传输光功率的损耗，以实现液位传感。

上述技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于倾斜微槽塑料光纤的连续液位传感装置，其结构有，半导体激光器1、光隔离器2、光纤传感头3、光电探测器4和数字示波器5；其特征在于，所述的光纤传感头是一段具有倾斜微槽结构的阶跃多模塑料光纤，每个倾斜微槽的深度为0.3mm，宽度为0.5mm，所有倾斜微槽均沿所述的阶跃多模塑料光纤的一条母线平行排列，相临两个微槽的间隔为0.5mm，所述的阶跃多模塑料光纤的外直径为1mm，纤芯直径为960μm，包层厚度为20μm；其中，半导体激光器1通过光纤连接光隔离器2，光隔离器2连接光纤传感头3的一端，光纤传感头3的另一端连接光电探测器4的输入端，光电探测器4的输出端连接数字示波器5；测量时，在待测容器的底部固定一个圆柱体，与光纤传感头3连接的光纤绕过容器底部的圆柱体并固定在夹具上，夹具使传感头3不会因为水的浮力而倾倒，同时保持传感头3垂直于水面。

本实用新型中，所述的光纤传感头3中的倾斜微槽数量优选10个，微槽与所在的光纤的轴线夹角优选45°。

本实用新型有以下有益效果：

1、适应性比较强，环境温度在0℃～50℃范围内变化时，传感数据不发生变化。

2、本实用新型装置结构简单，整体轻盈，对光纤破坏小，对微小的液面变化产生线性响应，精度大，并且可连续测量液位变化。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型中所述的光纤传感头3的示意图。

图3为本实用新型的光功率损耗值随液位高度变化的关系曲线图

图4为本实用新型的测量结果随温度变化的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进行具体的说明。

实施例1

取一段长1m的阶跃多模塑料光纤，该塑料光纤由日本三菱公司生产，型号为SKA-CK40，纤芯由聚甲基丙烯酸甲醋构成，纤芯折射率为1.492，包层由氟树脂构成，折射率为1.417，使用雕刻机在所选用的塑料光纤的中间长度范围10.5mm内沿一条母线均匀加工间隔为0.5mm的倾斜微槽10个，每个倾斜微槽深度均为0.3mm，宽度均为0.5mm，如附图2所示，其中阴影部分为倾斜微槽位置。

实施例2

按附图1连接好实验装置，半导体激光器1输出激光，光信号通过光隔离器2进入光纤传感头3中，向放有光纤传感头3的容器内不断加入去离子水，保证每次加入去离子水后液面高度增1mm。由于去离子水的折射率(n＝1.33)大于空气折射率(n＝1)，当倾斜微槽被去离子水浸没后，因倾斜槽内介质折射率发生变化，进而影响通过倾斜槽的光功率。光功率改变后的光信号输出到光电探测器4，光电探测器4将光信号转变成电信号后由数字示波器5记录每次液位变化时的电压值，以此来实现液位测量的目的。最后将得到的数据汇总绘制成光功率损耗随液位高度变化的曲线，如附图3，图3中液位高度为去离子水与传感头底端的相对高度。由附图3可以看出，本实用新型的光功率的损耗随着液位的升高而降低。

实施例3

在实施例2的基础上，保持液面浸没所有倾斜微槽，在容器底部放一加热平台，来改变容器内液体温度，观察每次温度变化时的电压值，绘制温度对倾斜微槽塑料光纤液位传感器的影响曲线，如附图4。由附图4可以看出，当温度在0℃～50℃范围内变化时，光功率的损耗几乎没有发生变化，说明本实用新型的传感特性不易受温度的影响。