一种光纤液位传感器制造技术

本技术提供了一种光纤液位传感器，通过将浮标同悬梁臂相接，在液面进行上升或者下降时，带动悬梁臂进行相应的上下弯曲，同时将多芯光纤设置于悬梁臂上，并通过将多芯光纤中的两个纤芯作为干涉臂，同耦合器相接作为多芯光纤迈克尔逊干涉仪，在多芯光纤跟随悬梁臂进行同步形变弯曲时，不同纤芯之间产生相应的光程差，导致微波光子滤波器的中心频率发生漂移，通过微波光子滤波器对中心频率进行测定，实现高精度的传感调解，进而得到当前液面的变化状态。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及液位测量，尤其涉及一种光纤液位传感器。

技术介绍

1、液位测量在工业生产、农业灌溉、住宅用水等方面，有着十分广泛的应用场景，例如长期石油存储、生活供水、污水处理等等。特别的，在一些涉及易燃碳氢化合物、燃料、化学品的行业，如石油加工厂、化学厂等，高精度的液位测量十分重要，而这些场景中往往有着极端的工作环境，如导电性、强腐蚀性、强电磁干扰、发生爆炸的可能等等，因此在满足高分辨液位测量的同时，需要具备高稳定性。传统的电学液位传感器，如电容式液位测量器，成本低廉，应用广泛，但是难以胜任在这些极端环境中的长期液位监测。

2、现有技术中，如长周期光纤光栅(long period gratings，lpg)、光纤布拉格光栅(fiber bragg gratings，fbgs)，光纤法布里珀罗(fabry perot，fp)干涉腔，光纤模式干涉仪等等。然而，基于光纤光栅结构的液位测量仪灵敏度较低，容易受到温度等外界环境扰动的影响，并且在高温下有退化的风险，因此难以实现长期稳定的高精度的液位的测量。基于光纤fp腔的液位传感器，受到腔长变化范围的限制，灵敏度较低，测量范围较小，而基于光纤模式干涉仪的液位传感器往往也容易受到外界温度变化的扰动，影响测量精度。

3、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术需要解决的问题在于如何实现液位测量装置的高精度测量。

2、本技术提供一种光纤液位传感器，包括：浮标1、悬臂梁2、多芯光纤3和微波光子滤波器4，其中：

3、所述悬臂梁2一端为活动端21，所述活动端21位于液面上方，并通过连接杆12同液面上的浮标1相接；

4、所述多芯光纤3设置于所述悬臂梁2上，所述多芯光纤3一端延伸至所述活动端21；所述多芯光纤3中的两个纤芯作为两个干涉臂31，所述两个干涉臂31于多芯光纤3另一端同所述微波光子滤波器4相接；

5、所述浮标1用于在液面高度变化时带动所述悬臂梁2的活动端21进行相应的上弯或者下弯，所述多芯光纤3同步进行弯曲，所述微波光子滤波器4用于监测两个干涉臂31的光程差，从而得到液面的高度变化。

6、优选的，所述两个干涉臂31于多芯光纤3另一端同所述微波光子滤波器4相接，具体包括：

7、所述两个干涉臂31和所述微波光子滤波器4之间还设置有第一耦合器5；

8、所述第一耦合器5包括至少四个端口，其中两个端口分别同所述两个干涉臂31相接，另外两个端口包括第一输入端口51和第一输出端口52，所述第一输入端口51同光源6相接，所述第一输出端口52同所述微波光子滤波器4相接；

9、所述光源6用于发射光信号至两个所述干涉臂31，所述两个干涉臂31回反干涉信号并通过所述第一输出端口52输出至所述微波光子滤波器4。

10、优选的，所述多芯光纤3于悬臂梁2的活动端21一侧为切断截面，所述切断截面用于将来自光源6的光信号进行干涉得到干涉信号，并将所述干涉信号回反射，所述干涉信号通过所述第一输出端口52输出至所述微波光子滤波器4。

11、优选的，所述第一输出端口52同所述微波光子滤波器4之间还设置有第二耦合器7；

12、所述第二耦合器7包括至少三个端口，其中一个端口为第二输入端口71，另外两个端口分别为第二输出端口72和第三输出端口73，所述第二输入端口71同所述第一输出端口52相接，所述第二输出端口72同光谱仪8相接，所述第三输出端口73同所述微波光子滤波器4相接；

13、所述第二输入端口71用于接收所述干涉信号，并将所述干涉信号通过所述第二输出端口72传输至所述光谱仪8，将所述干涉信号通过所述第三输出端口73传输至所述微波光子滤波器4。

14、优选的，所述微波光子滤波器4包括：偏振控制器41、电光调制器42、掺铒光纤放大器43、光电二极管44和矢量网络分析仪45，其中：

15、所述偏振控制器41同所述第三输出端口73相接，用于接收来自多芯光纤3的干涉信号；

16、所述偏振控制器41同所述电光调制器42相接，所述电光调制器42用于接收来自偏振控制器41的干涉信号并进行相应的调制；

17、所述电光调制器42、掺铒光纤放大器43、光电二极管44和矢量网络分析仪45依次相接，并且所述矢量网络分析仪45同电光调制器42相接形成回路。

18、优选的，所述浮标1周侧还设置有限位框13，所述限位框13用于对浮标1进行水平方向的限位。

19、优选的，所述多芯光纤3固定于所述悬臂梁2的中轴线上。

20、优选的，所述多芯光纤3中包括至少两根纤芯，至少有两根纤芯绕多芯光纤3的轴心位置的周侧设置。

21、优选的，所述两个干涉臂31具体包括第一干涉臂311和第二干涉臂312，其中：

22、所述第一干涉臂311和第二干涉臂312均绕多芯光纤3的轴心位置的周侧设置；

23、所述第一干涉臂311的角位置为a1，所述第二干涉臂312的角位置为a2；

24、其中，a2-a1＝180°±5°。

25、优选的，所述第一干涉臂311的角位置a1＝90°±5°，所述第二干涉臂312的角位置a2＝270°±5°。

26、本技术提供了一种光纤液位传感器，通过将浮标同悬梁臂相接，在液面进行上升或者下降时，带动悬梁臂进行相应的上下弯曲，同时将多芯光纤设置于悬梁臂上，并通过将多芯光纤中的两个纤芯作为干涉臂，同耦合器相接作为多芯光纤迈克尔逊干涉仪，在多芯光纤跟随悬梁臂进行同步形变弯曲时，不同纤芯之间产生相应的光程差，导致微波光子滤波器的中心频率发生漂移，通过微波光子滤波器对中心频率进行测定，由于两个干涉臂具有相同的包层厚度和温度敏感性，因此具有温度交叉灵敏度低的特点，受到温度的影响更小，具有更高的测量精度，从而实现高精度的传感调解，得到当前液面的变化状态。

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【技术保护点】

1.一种光纤液位传感器，其特征在于，包括：浮标(1)、悬臂梁(2)、多芯光纤(3)和微波光子滤波器(4)，其中：

2.根据权利要求1所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述两个干涉臂(31)于多芯光纤(3)另一端同所述微波光子滤波器(4)相接，具体包括：

3.根据权利要求2所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述多芯光纤(3)于悬臂梁(2)的活动端(21)一侧为切断截面，所述切断截面用于将来自光源(6)的光信号进行干涉得到干涉信号，并将所述干涉信号回反射，所述干涉信号通过所述第一输出端口(52)输出至所述微波光子滤波器(4)。

4.根据权利要求2所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述第一输出端口(52)同所述微波光子滤波器(4)之间还设置有第二耦合器(7)；

5.根据权利要求4所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述微波光子滤波器(4)包括：偏振控制器(41)、电光调制器(42)、掺铒光纤放大器(43)、光电二极管(44)和矢量网络分析仪(45)，其中：

6.根据权利要求1-5任一所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述浮标(1)周侧还设置有限位框(13)，所述限位框(13)用于对浮标(1)进行水平方向的限位。

7.根据权利要求1-5任一所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述多芯光纤(3)固定于所述悬臂梁(2)的中轴线上。

8.根据权利要求1-5任一所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述多芯光纤(3)中包括至少两根纤芯，至少有两根纤芯绕多芯光纤(3)的轴心位置的周侧设置。

9.根据权利要求8所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述两个干涉臂(31)具体包括第一干涉臂(311)和第二干涉臂(312)，其中：

10.根据权利要求9所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述第一干涉臂(311)的角位置A1＝90°±5°，所述第二干涉臂(312)的角位置A2＝270°±5°。

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【技术特征摘要】

1.一种光纤液位传感器，其特征在于，包括：浮标(1)、悬臂梁(2)、多芯光纤(3)和微波光子滤波器(4)，其中：

2.根据权利要求1所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述两个干涉臂(31)于多芯光纤(3)另一端同所述微波光子滤波器(4)相接，具体包括：

3.根据权利要求2所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述多芯光纤(3)于悬臂梁(2)的活动端(21)一侧为切断截面，所述切断截面用于将来自光源(6)的光信号进行干涉得到干涉信号，并将所述干涉信号回反射，所述干涉信号通过所述第一输出端口(52)输出至所述微波光子滤波器(4)。

4.根据权利要求2所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述第一输出端口(52)同所述微波光子滤波器(4)之间还设置有第二耦合器(7)；

5.根据权利要求4所述的光纤液位传感器，其特征在于，所述微波光子滤波器(4)包括：偏振控制器(41)、电光调制器(42)、掺铒光纤放...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁健强，姚雨程，赵志勇，唐明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：