一种基于调频连续波的激光液位计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于调频连续波的激光液位计，包括温度控制电路，窄线宽可调谐激光器，光纤环形器，发射/接收望远镜系统，光电探测器，电信号转换、放大、滤波电路，运算处理电路，激光驱动电路和上位机；激光驱动电路产生的锯齿波信号驱动窄线宽可调谐激光器输出频率连续调制的激光光波，温度控制电路维持激光器的工作温度恒定；激光光波经光纤环形器进入发射/接收望远镜系统出射，并于容器内介质液面和容器底部分别反射，两个回波信号进入发射/接收望远镜系统和光纤环形器后，经光电探测器转换成电信号，经电信号转换、放大、滤波电路后输出包含距离信息的差频信号，在上位机中计算液位数据。本发明专利技术可以以较小的功率实现容器内液位的高精度实时测量。器内液位的高精度实时测量。器内液位的高精度实时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频连续波的激光液位计


[0001]本专利技术属于激光液位计
，涉及一种基于调频连续波的激光液位计。

技术介绍

[0002]液位数据是石油、化工等工业生产领域中的一种重要参数。由于生产应用中的液体介质常常具有易挥发、易燃或强腐蚀等特性，需要存储于密闭容器中，且工作环境比较恶劣，所以对液位的准确测量是一个难题。非接触式测量液位计是目前发展的热点，包括超声波液位计、微波液位计和激光液位计等。超声波液位计比较容易受气温、湿度、气压等外界环境因素的影响，而微波液位计会在波束角范围内的容器壁处反射形成大量杂波信号。相比之下，激光液位计的优势在于其对环境因素的波动不敏感，波束角小，而且激光发射和接收头较小，可以适应狭窄环境，便于安装。不同于大多数激光液位计发射的是激光脉冲，本申请基于调频连续波激光测距方法，可实现更高精度的实时测量。

技术实现思路

[0003](一)专利技术目的
[0004]本专利技术的目的是：为了提高激光液位计的实时测量精度，提供一种基于调频连续波的激光液位计。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于调频连续波的激光液位计，其包括：
[0007]窄线宽可调谐激光器2，输出端与光纤环形器3连接；
[0008]发射/接收望远镜系统4，与光纤环形器3连接，并布置在容器10口部正上方；
[0009]光电探测器5，所述光电探测器5的输入端与发射/接收望远镜系统4连接，输出端与信号处理系统连接；/>[0010]窄线宽可调谐激光器2输出频率连续调制的激光光波，激光光波经光纤环形器3进入发射/接收望远镜系统4出射，并于容器10内介质液面11和容器底12分别反射，两个回波信号进入发射/接收望远镜系统4和光纤环形器3后，经光电探测器5转换成电信号，据此计算液位数据。
[0011]其中，还包括：温度控制电路1，连接窄线宽可调谐激光器2，由温度控制电路1控制窄线宽可调谐激光器2的工作温度保持恒定。
[0012]其中，所述信号处理系统包括电信号转换、放大、滤波电路6和运算处理电路7，光电探测器5输出端与电信号转换、放大、滤波电路6连接，运算处理电路7的输入端与电信号转换、放大、滤波电路6连接，输出端连接上位机9，光电探测器5转换的电信号经电信号转换、放大、滤波电路后输出包含距离信息的差频信号，经由运算处理电路7和上位机9中计算液位数据。
[0013]其中，还包括激光驱动电路8，连接窄线宽可调谐激光器2，激光驱动电路8产生的锯齿波信号驱动窄线宽可调谐激光器2输出频率连续调制的激光光波。
[0014]其中，所述光纤环形器3、发射/接收望远镜系统4和光电探测器5之间采用光纤连接，其工作波段涵盖窄线宽可调谐激光器2的中心波长。
[0015]其中，两个回波信号经光电探测器5转换成电信号，分别表示为：
[0016]E1(t)＝E
01
exp[j(πkt2+2πf0t+θ0)][0017]E2(t,τ)＝E
02
exp{j[πk(t
‑
τ)2+2πf0(t
‑
τ)+θ0]}
[0018]E
01
、E
02
分别是第一个回波信号13和第二个回波信号14的幅度，是调制信号的斜率，B是调制信号的带宽，T是调制信号的周期，f0是中心频率，θ0是初始相位，τ是延迟时间。
[0019]其中，所述液位数据的计算公式为：
[0020][0021]式中，υ是光在容器10内的介质中传播的速度，ε和μ分别是介质的介电常数和磁导率，T是调制信号的周期，f
R
是两个回波信号的差频，B是调制信号的带宽。
[0022](三)有益效果
[0023]上述技术方案所提供的基于调频连续波的激光液位计，具有以下有益效果：
[0024](1)采用调频连续波测距原理实现液位测量功能，温度控制电路使调频连续波信号具有高线性度，保证实时液位测量的高精度。采用高集成度和低功耗功能组件，具有造价成本和使用成本低的优点。
[0025](2)可自由输入介质的介电常数和磁导率，贴合实际工业生产中的各种需求。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例激光液位计的系统结构框图。
[0027]图2是锯齿波测量原理图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0029]如图1所示，本实施例基于调频连续波的激光液位计包括温度控制电路1、窄线宽可调谐激光器2、光纤环形器3、发射/接收望远镜系统4、光电探测器5、电信号转换、放大、滤波电路6、运算处理电路7、激光驱动电路8、上位机9；窄线宽可调谐激光器2与温度控制电路1连接，窄线宽可调谐激光器2输入端与激光驱动电路8连接，窄线宽可调谐激光器2输出端与光纤环形器3连接；发射/接收望远镜系统4与光纤环形器3连接；光电探测器5的输入端与光纤环形器3连接，输出端与电信号转换、放大、滤波电路6连接；运算处理电路7的输入端与电信号转换、放大、滤波电路6连接，输出端与上位机9连接；温度控制电路1控制窄线宽可调谐激光器2的工作温度保持恒定，窄线宽可调谐激光器2发射的激光信号在容器10内的介质液面11反射一个回波信号，容器底部12反射另一个回波信号，通过两个回波信号的差频确定液位数据。
[0030]激光驱动电路8产生的锯齿波信号驱动窄线宽可调谐激光器2输出频率连续调制的激光光波，温度控制电路1维持窄线宽可调谐激光器2的工作温度恒定；激光光波经光纤环形器3进入发射/接收望远镜系统4出射，并于容器10内介质液面11和容器底12分别反射，两个回波信号进入发射/接收望远镜系统4和光纤环形器3后，经光电探测器5转换成电信号，经电信号转换、放大、滤波电路后输出包含距离信息的差频信号，在上位机9中计算液位数据。
[0031]窄线宽可调谐激光器1输出频率连续调制的激光光波。
[0032]所述激光驱动电路8产生锯齿波驱动信号，驱动窄线宽可调谐激光器2输出频率连续调制的激光光波。温度控制电路1控制窄线宽可调谐激光器2的工作温度保持恒定。窄线宽可调谐激光器2输出的激光经光纤环形器3进入发射/接收望远镜系统4，所述发射/接收望远镜系统4固定在容器10上。经发射/接收望远镜系统4发出的激光在容器10内的介质液面11处一部分反射回发射/接收望远镜系统4，即图2实线所示的第一个回波信号13，另一部分继续透射并于容器底12处反射回发射/接收望远镜系统4，即图2虚线所示的第二个回波信号14。所述先后反射的第一个回波信号13和第二个回波信号14进入发射/接收望远镜系统4和光纤环形器3后，经光电探测器5转换成电信号，分别表示为：
[0033]E1(t)＝E
01
exp[j(πkt2+2πf0t+θ0)][0034]E2(t,τ)＝E...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调频连续波的激光液位计，其特征在于，包括：窄线宽可调谐激光器(2)，输出端与光纤环形器(3)连接；发射/接收望远镜系统(4)，与光纤环形器(3)连接，并布置在容器(10)口部正上方；光电探测器(5)，所述光电探测器(5)的输入端与发射/接收望远镜系统(4)连接，输出端与信号处理系统连接；窄线宽可调谐激光器(2)输出频率连续调制的激光光波，激光光波经光纤环形器(3)进入发射/接收望远镜系统(4)出射，并于容器(10)内介质液面(11)和容器底(12)分别反射，两个回波信号进入发射/接收望远镜系统(4)和光纤环形器(3)后，经光电探测器(5)转换成电信号，据此计算液位数据。2.根据权利要求1所述的基于调频连续波的激光液位计，其特征在于，还包括：温度控制电路(1)，连接窄线宽可调谐激光器(2)，由温度控制电路(1)控制窄线宽可调谐激光器(2)的工作温度保持恒定。3.根据权利要求1所述的基于调频连续波的激光液位计，其特征在于，所述信号处理系统包括电信号转换、放大、滤波电路(6)和运算处理电路(7)，光电探测器(5)输出端与电信号转换、放大、滤波电路(6)连接，运算处理电路(7)的输入端与电信号转换、放大、滤波电路(6)连接，输出端连接上位机(9)，光电探测器(5)转换的电信号经电信号转换、放大、滤波电路后输出包含距离信息的差频信号，经由运算处理电路(7)和上位机(9)中计算液位数据。4.根据权利要求3所述的基于调频连续波的激光液位计，其特征在于，还包括激光驱动电路(8)，连接窄线宽可调谐激光器(2)，激光驱动电路(8)产生的锯齿波信号驱动窄线宽可调谐激光器(2)输出频率连续调...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝林，杨峰，阳琴，曾诚，徐诗月，杨镇源，高剑波，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：