一种无需安装的投入式光纤液位仪制造技术

本发明专利技术公开了一种无需安装的投入式光纤液位仪，宽谱光源连接至光纤耦合器的一个输入端；光纤耦合器的另一个输入端连接至光谱分析仪；光纤耦合器的一个输出端口通过偏振控制器连接至一段端面切平的普通单模光纤；光纤耦合器的另一个输出端口连接至光纤液位仪传感模块。先在Michelson干涉仪的传感臂中连接一段保偏光子晶体光纤形成复合干涉仪结构，然后通过监测复合干涉光谱包络谱线在某一波长处的对比度可以解调得到由光纤液位仪传感模块探测到的液位信息。这种光纤液位仪无需安装、直接投入液体中，探测简单可靠。此外，利用复合干涉仪光谱在特定波长处的对比度解调方法，相较于传统波长解调方法而言，测量精度大大提高，探测更加准确。

An input optical fiber liquid level instrument without installation

【技术实现步骤摘要】
一种无需安装的投入式光纤液位仪
本专利技术属于光纤液位传感
，尤其涉及一种无需安装的投入式光纤液位仪。
技术介绍
准确的光纤液位测量在工业生产和人民生活中的很多方面都具有广泛应用，具有十分重要的意义。光纤液位传感器由于其灵敏、可靠、形式灵活等诸多优势，被广泛关注和研究。其中研究的最多的种类当属多模干涉或MZ干涉类型，例如2013年XiaodongWen等人提出由两个up-taper形成的MZI结构用于液位测量，实现了14.3cm范围内灵敏度达22.5nm/m的液位传感。但这种结构容易受到外界温度、折射率等诸多因素的干扰。为使传感器更加稳定，2016年ShuhuiLiu等人提出一种基于空芯玻璃管反谐振结构的液位仪。其灵敏度高达0.4dB/mm，并且对外界温度、折射率等干扰不敏感。但其极小的测量范围(仅18mm)也不容忽视。为进一步提高性能，2018年YUWANG等人提出一种空芯布拉格光纤液位传感器，实现了1.1dB/mm高灵敏度反应时间较快的光纤液位测量，但同样具有测量范围太小的缺陷。此外，以上诸多液位传感器通常需要将传感结构固定安装在探测环境中，这进一步增加了系统成本和复杂度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种无需安装的投入式光纤液位仪，实现了对液位信号的高精度、大动态范围并且传感结构直接投入、无需安装的技术效果。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无需安装的投入式光纤液位仪，包括至少一个光纤耦合器、光纤液位仪传感模块，光源连接至光纤耦合器的一个输入端；光纤耦合器的另一个输入端连接至光谱分析仪；光纤耦合器的一个输出端口通过偏振控制器连接至一段单模光纤；光纤耦合器的另一个输出端口连接至光纤液位仪传感模块。按上述技术方案，光纤液位仪传感模块包括：单模光纤熔接一段保偏光子晶体光纤；保偏光子晶体光纤绕成螺旋状平面嵌入到上、下两块方形硅胶片内；上、下两块方形硅胶片之间的四周缝隙密封；所述光纤液位仪传感模块感测外界液体压力，根据液体压力大小得到液位信息。按上述技术方案，方形硅胶片边长为8cm～10cm,厚度为0.5mm～1mm。按上述技术方案，所述连接的光路结构为Michelson干涉仪的传感臂中连接一段保偏光子晶体光纤形成复合干涉仪结构；复合干涉仪的复合光谱呈现出由Michelson干涉臂长差引起的精细谱和由保偏光子晶体光纤双折射引起的包络谱线；所述光纤液位仪传感模块中的保偏光子晶体光纤受到液体压力作用时，复合干涉光谱的包络谱线发生漂移；通过监测复合干涉光谱包络谱线在某一波长处的对比度解调得到由光纤液位仪传感模块探测到的液位信息。按上述技术方案，所述光纤耦合器为3dB耦合器，耦合比为50:50。按上述技术方案，所述保偏光子晶体光纤具有10-4量级的大双折射率，长度为4cm～8cm。按上述技术方案，所述传感臂与参考臂之间的臂长差为3mm～4mm。按上述技术方案，所述光纤液位仪传感模块整体密度大于液体，投入液体后会自行沉入液体底部。本专利技术产生的有益效果是：设计光路结构先在Michelson干涉仪的传感臂中嵌入一段保偏光子晶体光纤形成复合干涉仪结构。复合干涉仪的复合光谱会呈现出由Michelson干涉臂长差引起的精细谱和由保偏光子晶体光纤双折射引起的包络谱线；光纤液位仪传感模块中的光子晶体光纤受到液体压力作用时，复合干涉光谱的包络谱线会发生漂移；通过监测复合干涉光谱包络谱线在某一波长处的对比度可以解调得到由光纤液位仪传感模块探测到的液体压力信息。光纤液位仪传感模块中的保偏光子晶体光纤绕成螺旋状平面嵌入到上下两块方形硅胶片内，上下两块方形硅胶片之间的四周缝隙用胶水密封。由于光纤液位仪传感模块整体密度大于液体，投入液体后会自行沉入液体底部，因此光纤液位仪传感模块探测到的液体压力大小就反映了液位信息。这种光纤液位仪无需安装、直接投入液体中，探测简单可靠。此外，利用复合干涉仪光谱在特定波长处的对比度解调方法，相较于传统波长解调方法而言，测量精度大大提高，探测更加准确。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的无需安装的投入式光纤液位仪结构示意图；图2是本专利技术实施例中光纤液位仪传感模块的内部结构图；其中：1-宽谱光源，2-光谱分析仪，3-光纤耦合器，4-偏振控制器，5-光纤液位仪传感模块，6-液体，7-容器，8-普通单模光纤，9-保偏光子晶体光纤，10-上方形硅胶片，11-下方形硅胶片，12-胶水。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术实施例安装的投入式光纤液位仪，实现了对液位信息的测量并且传感器直接投入、无需安装、测量精度高。该投入式光纤液位仪，其光路结构先在Michelson干涉仪的传感臂中嵌入一段保偏光子晶体光纤形成复合干涉仪结构，复合干涉仪的复合光谱会呈现出由Michelson干涉臂长差引起的精细谱和由保偏光子晶体光纤双折射引起的包络谱线；光纤液位仪传感模块中的光子晶体光纤受到液体压力作用时，，复合干涉光谱的包络谱线会发生漂移；通过监测复合干涉光谱包络谱线在某一波长处的对比度可以解调得到由光纤液位仪传感模块探测到的液体压力信息。光纤液位仪传感模块中的保偏光子晶体光纤绕成螺旋状平面嵌入到上下两块方形硅胶片内，上下两块方形硅胶片之间的四周缝隙用胶水密封。由于光纤液位仪传感模块整体密度大于液体，投入液体后会自行沉入液体底部，因此光纤液位仪传感模块探测到的液体压力大小就反映了液位信息。这种光纤液位仪无需安装、直接投入液体中，探测简单可靠。此外，利用复合干涉仪光谱在特定波长处的对比度解调发法，相较于传统波长解调方法而言，测量精度大大提高，探测更加准确。具体参见图1，本专利技术权利要求1无需安装的投入式光纤液位仪，包括：宽谱光源1连接至光纤耦合器3的一个输入端；光纤耦合器3的另一个输入端连接至光谱分析仪2；光纤耦合器3的一个输出端口通过偏振控制器4连接至一段端面切平的普通单模光纤；光纤耦合器3的另一个输出端口连接至光纤液位仪传感模块5；光纤液位仪传感模块5投入至装有液体6的容器7内。参见图2，对光纤液位仪传感模块5的结构进行说明，至少包括：普通单模光纤8熔接一段端面切平的保偏光子晶体光纤9；保偏光子晶体光纤9绕成螺旋状平面嵌入到上下两块方形硅胶片10、11内；上下两块方形硅胶片10、11之间的四周缝隙用胶水12密封；光纤液位仪传感模块5能够直接感测外界液体压力，液体压力大小反映了液位信息。本实施例中，该投入式光纤液位仪达到了如下效果：1、设计光路结构先在Michelson干涉仪的传感臂中嵌入一段保偏光子晶体光纤形成复合干涉仪结构。复合干涉仪的复合光谱会呈现出由Michelson干涉臂长差引起的精细谱和由保偏光子晶体光纤双折射引起的包络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需安装的投入式光纤液位仪，其特征在于，包括至少一个光纤耦合器、光纤液位仪传感模块，光源连接至光纤耦合器的一个输入端；光纤耦合器的另一个输入端连接至光谱分析仪；光纤耦合器的一个输出端口通过偏振控制器连接至一段单模光纤；光纤耦合器的另一个输出端口连接至光纤液位仪传感模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种无需安装的投入式光纤液位仪，其特征在于，包括至少一个光纤耦合器、光纤液位仪传感模块，光源连接至光纤耦合器的一个输入端；光纤耦合器的另一个输入端连接至光谱分析仪；光纤耦合器的一个输出端口通过偏振控制器连接至一段单模光纤；光纤耦合器的另一个输出端口连接至光纤液位仪传感模块。


2.根据权利要求1所述的无需安装的投入式光纤液位仪，其特征在于，光纤液位仪传感模块包括：单模光纤熔接一段保偏光子晶体光纤；保偏光子晶体光纤绕成螺旋状平面嵌入到上、下两块方形硅胶片内；上、下两块方形硅胶片之间的四周缝隙密封；所述光纤液位仪传感模块感测外界液体压力，根据液体压力大小得到液位信息。


3.根据权利要求1或2所述的无需安装的投入式光纤液位仪，其特征在于，方形硅胶片边长为8cm～10cm,厚度为0.5mm～1mm。


4.根据权利要求1或2所述的无需安装的投入式光纤液位仪，其特征在于，所述连接的光路结构为Michelson干涉仪的传感臂中连接一段保偏光子晶体光纤形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺，王帅，冯铭哲，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42