本发明专利技术公开了一种本质防爆型液面高度检测装置及方法。本质防爆型液面高度检测装置包括：波长分析仪、光缆和光纤光栅浮力牵拉装置；所述光纤光栅浮力牵拉装置包括：浮筒、光纤光栅，以及固定端，所述波长分析仪通过光缆向所述光纤光栅发出一定频率范围的光波，并接收由光纤光栅所反射回来的光波，然后对该反射光波进行分析处理，计算出待测液体的液面高度。与现有技术相比本发明专利技术的优点在于，被测点可以没有任何电源，能够广泛的应用于如石油化工等易燃易爆或强电场、强电磁环境，并能长距离的检测；同时，检测精度高，能够实现毫米级精确测量；而且，本发明专利技术便于实现联网对多处液面高度进行集中监控。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种浮力牵拉装置、本质防爆型液面高度检测装置及方法， 尤其涉及利用浮力拉伸光纤光栅对液体容器液面高度检测的一种浮力牵拉 装置、本质防爆型液面高度检测装置及方法。
技术介绍
1989年POREY首次报道将光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG) 用作传感器件。光纤光栅是一种光纤无源器件，实际上就是一段光纤，其 纤芯中具有折射率周期性变化的结构，或称作光纤芯内的布拉格反射器。 它利用光纤材料的紫外光敏性，通过双光束干涉法和相位掩模法等方法， 从侧面将裸纤暴露在紫外光束的干涉图案下，将干涉图案写入到光纤内， 在纤芯内部形成空间相位光栅。当具有一定频谱宽度的光信号经过光纤光 栅后，特定波长的光波沿原路反射回来，其余波长的光信号则直接透射出 去。根据模耦合理论，XB二2nA的波长就被光纤光栅所反射回去(其中XB 为光纤光栅的中心波长，八为光栅周期，n为纤芯的有效折射率)。反射的 中心波长信号XB，跟光栅周期A，纤芯的有效折射率n有关，所以当外界 的被测量引起光纤光栅温度、应力改变都会导致反射的中心波长的变化。 也就是说光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情 况。光纤光栅的中心波长与温度和应变的关系为其中，~ X5F为光纤的热膨胀系数，《^巧为光纤材料的热光系数， 4"A为光纤材料的弹光系数。在1550nm窗口，中心波长的温度系数约为10.3pm/oC,应变系数为1.209pm/n e。如果将FBG封装在温度增敏材 料中，可以提高它的温度系数灵敏度，进而得到更大的测量精度。改变光栅的有效折射率或周期就能改变光栅反射的中心波长，利用这 一特性可以将光纤光栅用于许多物理量的传感测量，其中拉力(压力)是 光纤光栅能够直接敏感的物理量之一。拉力引起光栅中心波长的漂移主要 是因为拉力改变了光栅栅距造成的。光栅中心波长的变化就反映了所受拉 力的变化情况，从而达到测量的目的。由于光纤光栅中心波长随拉力的变 化关系是线性的，所以可以非常方便地应用在传感领域。传感光纤光栅除 了具有普通光纤传感器抗电磁、抗腐蚀、耐高温、不带电量、不产生热量、 防燃、防爆、重量轻、体积小、能在有害或危险环境中安全运行等优点外， 还有其独特的优点光纤易于耦合，耦合损耗小；抗干扰能力强，集传感 与传输于一体且具有更强的复用能力，易于构成传感网络；测量对象广泛， 易于实现多参数传感测量等等。目前，对大容器内液位计量的手段主要是采用雷达探测，即在液体的 上部，安置雷达装置，雷达发射的无线电在接触液体表面时发生反射，反 射回的信号再被雷达装置接收，计算无线电发射和接收的时间间隔，从而 确定液体表面和雷达装置之间的距离，实现液位的测量。但是，此种液位 测量方法， 一方面要引入电压和电信号，通常在易燃、易爆等场合被限制 使用，例如，在石油存储(石油罐)行业，液位的测量目前仍然是采用人 工的方法，每天由计量人员爬到石油罐顶部，通过尺子量取液位高度。另 一方面，由于雷达波束的速度很快，而液面的距离相对较小，因此此方式 也难以实现精确测量，通常液位的测量精度只能到10cm级别。
技术实现思路
为克服现有技术对大容器内液面高度检测的诸多缺陷，本专利技术所要解 决的技术问题是提供一种通过光纤光栅检测浮力来实现高精度测量容器内 液面高度的浮力牵拉装置、本质防爆型液面高度检测装置及其方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种浮力牵拉装置，其特征在于，包括浸于待测液体的浮筒、光纤光栅，以及固定设置在容器内的固定端，所述光纤光栅一端与所述固定端 固定，所述光纤光栅另一端与所述浮筒固定，所述浮筒在重力和浮力的合 力作用下拉伸所述光纤光栅。通过此技术方案，液面的高度将影响浮筒的 受力状况，浮筒的受力状况将改变光纤光栅的状况。这样为实现通过光纤 光栅测量液面高度提供了可能。本专利技术还提供了一种本质防爆型液面高度检测装置，用于测量容器内 待测液体的液面高度，包括波长分析仪和设置在容器内的光纤光栅浮力 牵拉装置；所述光纤光栅浮力牵拉装置包括浸于待测液体的浮筒、光纤 光栅，以及固定设置在容器内的固定端，所述光纤光栅一端与所述固定端 固定，所述光纤光栅另一端与所述浮筒固定，所述浮筒在重力和浮力的合 力作用下拉伸所述光纤光栅；所述波长分析仪通过所述光缆向所述光纤光 栅发出一定频率范围的光波，并接收由光纤光栅所反射回来的光波，然后 对该反射光波进行分析处理，计算出待测液体的液面高度。上述合力包括但是不限于浮筒的重力和浮力，例如，浮筒也可辅佐弹 簧牵引平衡自身重量，合力还包括弹簧的弹力，但是既然合力中包含了浮 力和重力，则仍应视为在上述技术方案的保护范围以内。所述波长分析仪所发出的光波为窄带扫描光，波长范围为1525nm到 1565nm，也可以是在所述光缆的光纤中传输的其他任何波长范围。所述波长分析仪通过耦合器和所述光缆分别与至少两个设置在不同容 器内的光纤光栅浮力牵拉装置连接。其中，所述光纤光栅波长分析仪是基于宽带USE)光源，经过可调谐 光纤Fabry—Perrot滤波器(FFP)后，成为窄带扫描光，光波通过耦合器 从不同通道输出，通过光缆传输到光纤光栅上。光纤光栅受到的拉力不同， 光纤光栅所反射的中心波长就不同，光栅所反射的波长通过原路返回到波 长分析仪，由光电管(PD)探测出一系列光功率信号，通过处理和与标准 波长的比较，解调出不同光栅传感器的中心波长，然后通过处理和计算， 从而实现相关液位等物理量测量。可以用理论计算的方法确定单位高度的 浮力F大小，也可以用类似实验方法确定波长值Y与液面高度X之间的线性关系，即可在实际使用时利用光纤光栅所反射的波长，通过计算得到较为精确的液面高度。如图5所示，即为一个液面高度X和反射的波长Y之 间一个线性关系的实验值。通常可以用类似实验方法确定波长值Y与液面 高度X之间的线性关系，即可在实际使用时利用光纤光栅所反射的波长， 通过线性计算得到较为精确的液面高度。通常， 一种波长分析仪能够拥有8路到16路收发扫描光的通道，每个 通道可接18套光纤光栅装置，即连接18套光纤光栅浮力牵拉装置，可以 实现多点的测量。本专利技术的本质防爆型液面高度检测装置一种更具体的实施例为所述 光纤光栅外部套有内管，在所述内管外部套有外管，所述内管和外管固定 于所述固定端；所述光纤光栅另一端穿过并固定于第一毛细管，所述第一 毛细管通过顶丝固定于与所述浮筒连接的外连接杆内，所述光纤光栅一端 穿过并固定于第二毛细管，所述第二毛细管通过顶丝固定于所述内管内。为了防止浮筒牵引光纤光栅做水平位移，影响测量精度，所述光纤光 栅浮力牵拉装置还包括用于限制所述浮筒水平位移的浮筒限位装置。所述浮筒限位装置包括固定于所述容器内的支撑管，所述支撑管外套于所述浮筒，在所述支撑管的内壁设置有多个弹簧滚珠，所述弹簧滚珠 轻压于所述浮筒的外壁。为了防止浮筒牵引光纤光栅做轴向转动，影响测量精度，所述光纤光栅浮力牵拉装置还包括用于限制所述浮筒带动所述光纤光栅轴向转动的 止转装置。所述止转装置包括相互接触的定位环和止转环，所述定位环固定于 所述外管内部，所述止转环固定套于所述第一毛细管上，所述止转环与所 述内管的接触面为相互咬合的凸凹结构。为了防止浮筒过度拉长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种浮力牵拉装置，其特征在于，包括：浸于待测液体（９０１）的浮筒（１００）、光纤，以及固定设置在容器（９００）内的固定端（４００），所述光纤一端与所述固定端（４００）固定，所述光纤另一端与所述浮筒（１００）固定，所述浮筒（１００）在重力和浮力的合力作用下拉伸所述光纤。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卫广远，
申请(专利权)人：深圳太辰光通信有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]
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