一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，以解决现有光纤液位传感器精度低、稳定性差的问题。该液位传感器包括光源、比较电路、由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，N根光纤的尾端为测量端；相邻两根光纤尾端端面之间的垂直距离均为x，x为需要达到的测量精度。本实用新型专利技术是通过光强度的突变位置确定液面位置，类似于数字式探测，测量精度主要由光纤分布间距决定,可消除光源能量抖动和外界扰动对测量的影响，受环境影响小，测量精度高，稳定性好。

A long distance passive liquid level sensor based on distributed optical fiber

The utility model discloses a long-distance passive liquid level sensor based on a distributed optical fiber, in order to solve the problems of low precision and poor stability of the existing optical fiber liquid level sensor. The liquid level sensor comprises an optical fiber array light source, a comparison circuit, the N multiplexer consists of WDM and optical fiber array composed of N; the pump arm of the N multiplexer and connected to the light source, N WDM signals are connected to the arm compared with N circuit, a multiplexer combination arm first end and the N fiber by the corresponding connected end N optical fiber for measuring end; the vertical distance between the two adjacent end of the optical fiber end are x, X for the measurement accuracy of the. The utility model is to determine the position of the light intensity through the mutation level, similar to the digital detection, the measurement accuracy is mainly determined by the distribution of fiber spacing, can eliminate light energy jitter and effects of disturbances on the measurement, the small environmental impact, high accuracy, good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器
本技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器。
技术介绍
液位传感器在工业、国防等领域具有非常重要的应用，目前最常用的液位传感器主要是超声波、雷达以及电子类传感器。这些传感器存在一个共同的缺点，即将电带进了测量现场，因此在强电磁干扰、易燃、易爆等场合无法使用。光纤液位传感器利用对电绝缘的光纤作为信号传输介质，用光作为探测信号，因此探头端可以做到无电，特别适合油库等危险场合的液位探测。但是由于技术上的不成熟，目前光纤液位传感器测量精度比较低，解调难度大，系统稳定性差，限制了光纤液位传感器的实际应用。
技术实现思路
针对目前光纤液位传感器精度低、稳定性差的问题，本技术提出了一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器。本技术的基本原理是：本技术利用呈不同高度分布排列的光纤阵列，根据浸入液体的光纤所反射回的光强度远小于未浸入液体的光纤所反射回的光强度这一特点，当相邻两根光纤反射回的光强度发生突变时，此时对应的两根光纤中任意一根光纤尾端端面位置即为液面位置，光纤尾端端面距容器底部的高度即为液面高度。本技术的技术方案为：一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，包括光源和比较电路；其特殊之处在于：所述液位传感器还包括由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，所述N根光纤的尾端为测量端；对所述N根光纤顺序编号，记为第一光纤、第二光纤……第N光纤；第二光纤尾端端面与第一光纤尾端端面之间的垂直距离、第三光纤尾端端面与第二光纤尾端端面之间的垂直距离……第N光纤尾端端面与第N-1光纤尾端端面之间的垂直距离均等于x(即相邻两根光纤尾端端面之间的垂直距离均为x)，所述x为需要达到的测量精度；所述光源发出的光经波分复用器阵列耦合后进入光纤阵列，光传输至光纤尾端后一部分光信号被反射回光纤阵列，反射回的光信号经波分复用器阵列的信号臂传输至比较电路，比较电路获得光强突变所对应的光纤序号，从而得到液位高度信息。上述光纤阵列中的光纤数量N由测量量程和测量精度决定，即N≥h/x，其中h为测量量程，x为需要达到的测量精度，N为整数。为方便使用，上述液位传感器还包括用于固定所述N根光纤的光纤尾端的支撑板。上述支撑板由金属材料、玻璃材料或有机材料制成。上述光源是LED光源或激光器。上述N根光纤为单模石英光纤、多模石英光纤、大芯径石英光纤、多组分玻璃光纤或塑料光纤。上述光纤阵列和波分复用器阵列的合束臂采用熔接方式相连。与现有光纤液位传感器相比，本技术具有以下优点：1、本技术是通过光强度的突变位置确定液面位置，类似于数字式探测，测量精度主要由光纤分布间距决定(间距越小，测量精度越高)，相对于现有光纤液位计(现有光纤液位计主要利用光纤泄露模原理通过光强的连续衰减来表征液位高度的测量技术，例如申请号201510795296.5和申请号201510133317.7所公开的技术，由于该方法以最终的光强度值作为液位信息，因此光源能量抖动以及环境变化等引起的光能量波动，都会对测试结果产生影响，使得测量精度低，稳定性差)。本技术可消除光源能量抖动和外界扰动对测量的影响，受温度、湿度、外界应力等环境影响更小，因此测量精度更高，稳定性更好，测量重复性更好，量程大。2、相较于专利201510795296.5所公开的技术，本技术结构简单，无需光环形器和光子计数器等复杂的器件，无需昂贵的皮秒激光器做光源，无需昂贵的光时域反射仪作为信号解调设备，仅通过简单的比较电路即可实现对测量信号的解调，因此信号解调简单，容易批量生产，成本低，利于商业化。3、本技术利用光纤实现对液位的探测和信号传输，具有探测端不带电的优点，并可实现长距离的液位探测，可广泛应用于油库等易燃易爆危险领域的液位探测。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是利用本技术一具体实施例测得酒精液位为40cm时各路光纤反射回的光的强度值；图3是利用本技术另一具体实施例测得酒精液位为50cm时各路光纤反射回的光的强度值；图中：101-光源，102-光纤阵列，103-波分复用器，A-泵浦臂，B-信号臂，C-合束臂，104-比较电路，105-支撑板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步描述。实施例1：一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，传感器长10m，要求测量精度x＝1cm，量程h＝1m。该液位传感器包括：1台1550nm半导体激光器101，输出功率3瓦；由100根(光纤数量N＝h/x＝100根)通信用多模光纤构成的光纤阵列102，长度10m/根；100个3dB一分二波分复用器构成的波分复用器阵列103；对回光信号强度进行对比的比较电路104；对光纤尾端起固定支撑作用的铝材料支撑板105。光纤阵列102中的光纤与波分复用器阵列103中的波分复用器的合束臂C一一对应并熔接在一起。测量时，上述100根光纤的光纤尾端距容器底部的高度依次为1cm，2cm，……，100cm，相应的光纤编号依次为1#，2#，……，100#，这100根光纤用环氧树脂胶固定在支撑板105上。实施例2：一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，传感器长10m，要求测量精度x＝1.5cm，量程h＝1m。该液位传感器包括：1台1550nm半导体激光器101，输出功率3瓦；由67根(光纤数量N＝h/x≈66.7根≈67根；这里需要说明的是，在计算所需光纤数量时，只要出现小数一律向前进位，以保证测量精度)通信用多模光纤构成的光纤阵列102，长度10m/根；67个3dB一分二波分复用器构成的波分复用器阵列103；对回光信号强度进行对比的比较电路104；对光纤尾端起固定支撑作用的铝材料支撑板105。光纤阵列102中的光纤与波分复用器阵列103中的波分复用器的合束臂一一对应并熔接在一起。测量时，上述67根光纤的光纤尾端距容器底部的高度依次为1.5cm，3cm，……，100.5cm，相应的光纤编号依次为1#，2#，……，67#，这67根光纤用环氧树脂胶固定在支撑板105上。本技术的测量原理和过程如下：光源101发出的光经波分复用器103泵浦臂A耦合进入光纤阵列102中，光传输至光纤尾端后，由于端面反射部分光被反射回光纤，反射光的强度与光纤端面周围介质的折射率有关，浸入液体中的光纤所反射回的光强度远小于未浸入液体的光纤，因此当相邻两根光纤反射回的光信号的强度发生突变时，选择这两根光纤中其中一根光纤的位置作为此时待测液体的液面位置。将反射回的光信号经波分复用器阵列103的信号臂B传输至比较电路104中，比较电路获得光强发生突变所对应的光纤序号，直接输出该光纤对应的液位值，从而测得待测液体的液位高度信息。这里的比较电路104是电学中一种简单常用的信号处理电路，根据具体需要可进行自主设计。比较电路可以输出光纤的序号值或者直接输出液位值。图2是利用上述实施例1测得的某容器内酒精液位为40cm时各路光纤反射回的光的强度值。由于此时1-40#光纤的尾端浸入酒精中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，包括光源和比较电路；其特征在于：还包括由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，所述N根光纤的尾端为测量端；对所述N根光纤顺序编号，记为第一光纤、第二光纤……第N光纤；第二光纤尾端端面与第一光纤尾端端面之间的垂直距离、第三光纤尾端端面与第二光纤尾端端面之间的垂直距离……第N光纤尾端端面与第N‑1光纤尾端端面之间的垂直距离均等于x，所述x为需要达到的测量精度。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，包括光源和比较电路；其特征在于：还包括由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，所述N根光纤的尾端为测量端；对所述N根光纤顺序编号，记为第一光纤、第二光纤……第N光纤；第二光纤尾端端面与第一光纤尾端端面之间的垂直距离、第三光纤尾端端面与第二光纤尾端端面之间的垂直距离……第N光纤尾端端面与第N-1光纤尾端端面之间的垂直距离均等于x，所述x为需要达到的测量精度。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，其特征在于：所述N≥h/x，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭波，许彦涛，郭海涛，陆敏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61