專利名稱：基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是一種利用磁耦合技術(shù)和光纖技術(shù)，結(jié)合特殊的結(jié)構(gòu)對(duì)任何液體的液面位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的液位傳感器。
背景技術(shù)：
液位測(cè)量涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活的方方面面。光纖液位傳感器由于其本質(zhì)安全，無電量進(jìn)入測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，特別適合在諸如強(qiáng)電磁干擾、易燃、易爆等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用， 因此研制光纖液位傳感器是人們熱衷的一個(gè)課題。2009年公開的一項(xiàng)名稱為“數(shù)字式絕對(duì)碼光纖液位傳感器”的發(fā)明專利(公開號(hào) CN 101358870A)，其中利用了光纖對(duì)陣列，光纖對(duì)陣列中每對(duì)光纖的端面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，一根光纖發(fā)出的光能夠耦合進(jìn)另一根光纖中，多對(duì)光纖沿液體深度方向排列成線性陣列，與浮子連接的擋板遮擋光纖對(duì)兩根光纖之間的光。浮子隨液面浮動(dòng)，擋板遮擋不同光纖對(duì)之間的耦合光，監(jiān)測(cè)各光纖對(duì)的通光量，即可知道液面的位置。這一發(fā)明由于擋板、光纖固定座、光纖端面等都直接浸泡在液體中，所以不適合應(yīng)用于腐蝕性強(qiáng)的液體測(cè)量。并且光纖對(duì)兩光纖端面之間有液體，所以不能用于非透明液體的測(cè)量。另外，擋板、光纖固定座、光纖端面等直接與液體及空氣接觸，容易受到污染，這會(huì)在實(shí)際測(cè)量中遇到很多問題，如光纖端面受污染，造成光不能通過；擋板和光纖固定座及凹槽積垢，造成擋板移動(dòng)受阻等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的是一種基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，該方法是在被測(cè)液體中固定一立柱，立柱中布置有光纖對(duì)，光纖對(duì)是由兩根端面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)的光纖組成，光纖對(duì)的兩端從立柱上方引出分別接光源和光探測(cè)器，所有光纖對(duì)沿立柱高度方向排列成光纖對(duì)線性陣列，光纖對(duì)的兩根光纖對(duì)準(zhǔn)端面之間有保證能夠通光的窄縫，所有光纖對(duì)的窄縫連通形成窄縫導(dǎo)槽，窄縫導(dǎo)槽中有磁性擋光板，磁性擋光板能夠全部或部分擋住一個(gè)或數(shù)個(gè)光纖對(duì)的通光量，隨液面浮動(dòng)的的浮子中有永磁鐵，永磁鐵通過磁耦合驅(qū)動(dòng)磁性擋光板沿窄縫導(dǎo)槽移動(dòng)，從而調(diào)制光纖對(duì)的通光量，液面高度不同，不同光纖對(duì)的通光量被調(diào)制，通過檢測(cè)各光纖對(duì)的通光情況即可知道液面位置。所述光纖對(duì)由立柱支撐，光纖對(duì)線性陣列高度大于被測(cè)液體最大深度。所述立柱由聚四氟乙烯材料制成。所述光纖對(duì)和磁性擋光板密封在立柱內(nèi)部。所述磁性擋光板由磁性材料制成，例如可由冷軋無取向硅鋼片、鐵鋁合金或鐵鎳合金等制成。所述浮子由聚四氟乙烯材料制 成。
所述永磁鐵密封在浮子殼體內(nèi)部。所述磁 性擋光板與永磁鐵之間具有磁耦合作用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)
其一.應(yīng)用面廣由于將光纖對(duì)陣列和磁性擋板密封在立柱中，永磁鐵密封在浮子中，這樣只有立柱和浮子直接與液體接觸，因此只要針對(duì)被測(cè)液體選用相應(yīng)的抗被測(cè)液體腐蝕材料制作立柱和浮子，本發(fā)明就可以用于任何液體的液面位置測(cè)量，并且能夠解決目前技術(shù)中液體對(duì)光纖端面及其它部件的污染給實(shí)際測(cè)量所帶來的很多問題。其二.測(cè)量環(huán)境要求不高由于采用光信號(hào)，無電量進(jìn)入測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，傳感器本質(zhì)安全，適合應(yīng)用于易燃易爆環(huán)境，并且抗電磁干擾；由于進(jìn)行了密封，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、液體蒸汽、液體濺射等不影響測(cè)量。其三.測(cè)量精確可靠雖然監(jiān)測(cè)的是光強(qiáng)，但不需要知道光強(qiáng)的準(zhǔn)確值，只需要知道光強(qiáng)擾動(dòng)，這實(shí)際上是有和無的數(shù)字式測(cè)量，測(cè)量精度取決于光纖排列密度，從理論上講，只要密布光纖，測(cè)量精度就可以達(dá)到0. Imm以上，這幾乎可以滿足所有的工程應(yīng)用；另夕卜，光強(qiáng)監(jiān)測(cè)是對(duì)所有光纖對(duì)的透射光強(qiáng)進(jìn)行比較，因此系統(tǒng)光源的不穩(wěn)定，光纖連接損耗和走線彎曲損耗等都不影響測(cè)量，或者說通過參考所有光纖對(duì)的透射光強(qiáng)變化，可以很容易排除干擾。


圖1是基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法的立體圖。圖2是圖1的主視圖。圖3是圖1的側(cè)視剖面圖。圖中l(wèi).立柱；2.光纖對(duì)；3.窄縫導(dǎo)槽；4.磁性擋光板；5.浮子；6.永磁鐵； 7.光源；8.光探測(cè)器；9.液面高度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并不局限于下面所述內(nèi)容。本發(fā)明提供的基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，是通過制備相應(yīng)的液位測(cè)量傳感器來實(shí)現(xiàn)，該液位測(cè)量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示主要由立柱1，光纖對(duì)2，窄縫導(dǎo)槽3，磁性擋光板4，浮子5，永磁鐵6，以及光源7和光探測(cè)器8組成。所述立柱1用來支撐光纖對(duì)2，并將光纖對(duì)2和磁性擋光板4密封在立柱內(nèi)部，使其與被測(cè)液體隔離。立柱采用聚四氟乙烯材料制成。立柱的形狀和高度根據(jù)測(cè)量要求設(shè)計(jì)， 但立柱高度必須大于窄縫導(dǎo)槽3的長(zhǎng)度。所述光纖對(duì)2由兩根端面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)的光纖組成，所有光纖對(duì)2沿立柱高度方向排列成光纖對(duì)2線性陣列，排列間隔大小由所要求的測(cè)量精度來決定，光纖對(duì)2線性陣列高度必須大于被測(cè)液體深度。光纖對(duì)2的兩根光纖對(duì)準(zhǔn)端面之間留有小于一毫米的間隙，該間隙寬度也可以依據(jù)實(shí)際情況而定；所有光纖對(duì)2的間隙是連通的，沿立柱高度方向形成一條窄縫導(dǎo)槽3。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，光纖對(duì)2的光纖可以用單?；蚨嗄Ｊ⒐饫w，或者用傳能粗芯石英光纖，或者各種塑料光纖制成。所述窄縫導(dǎo)槽3用于引導(dǎo)磁性擋光板4在光纖對(duì)的兩光纖相對(duì)端面之間滑動(dòng)。窄縫導(dǎo)槽3的寬度應(yīng)盡可 能地小(一般<lmm)，以便光纖對(duì)2的兩光纖之間能很好地進(jìn)行光耦合，但同時(shí)又要保證磁性擋光板4能夠沿窄縫導(dǎo)槽3自由滑動(dòng)；窄縫導(dǎo)槽3的深度必須大于光纖直徑，根據(jù)磁性擋光板4的材料、結(jié)構(gòu)及加工工藝，窄縫導(dǎo)槽3的深度一般為1 一5mm ； 窄縫導(dǎo)槽3的長(zhǎng)度必須大于光纖對(duì)陣列的高度，約為光纖對(duì)2陣列高度加兩倍磁性擋光板 4長(zhǎng)度。所述磁性擋光板4用來遮擋光纖對(duì)2的兩光纖之間的通光。磁性擋光板4能夠與浮子5中的永磁鐵6進(jìn)行有效地耦合。磁性擋光板4的形狀為長(zhǎng)方形薄片，磁性擋光板的厚度稍小于窄縫導(dǎo)槽的縫寬，以保證磁性擋光板能夠沿窄縫導(dǎo)槽3自由滑動(dòng)；磁性擋光板4的寬度稍小于窄縫導(dǎo)槽3的深寬，以保證磁性擋光板能夠沿窄縫導(dǎo)槽自由滑動(dòng)；磁性擋光板 4的長(zhǎng)度可以考慮只遮擋一對(duì)光纖之間的光，也可以考慮遮擋多對(duì)光纖之間的光，這要根據(jù)測(cè)量要求來定。磁性擋光板4表面要比較光滑，具有一定的剛性，以保證磁性擋光板4能在窄縫導(dǎo)槽3中自由滑動(dòng)。磁性擋光板4的材料一般可采用硅鋼片，最好用冷軋無取向硅鋼片，因?yàn)檫@種硅鋼片表面比較光滑。也可采用鐵鋁合金或鐵鎳合金，鐵鋁合金比較輕，容易被帶動(dòng)；鐵鎳合金可以做得很薄。還可考慮非晶態(tài)合金，這種材料抗腐蝕特性好，機(jī)械強(qiáng)度尚ο所述浮子5用于隨液面浮動(dòng)，感應(yīng)液面位置。浮子5采用聚四氟乙烯材料制成。浮子5為中空殼體，其中裝有永磁鐵6，浮子5殼厚度越小越好，但要有足夠的強(qiáng)度保證浮子5 不變形。浮子5尺寸需要根據(jù)材料密度，永磁鐵6尺寸和重量以及被測(cè)液體密度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證浮子5能剛好浮在液面為準(zhǔn)。所述永磁鐵6用于耦合磁性擋光板4，帶動(dòng)磁性擋光板4隨浮子5移動(dòng)。永磁鐵6 置入浮子5內(nèi)部，其形狀和尺寸將根據(jù)測(cè)量要求及所需磁場(chǎng)大小和分布并結(jié)合浮子5形狀和尺寸來進(jìn)行設(shè)計(jì)。所述光源7用于將光耦合進(jìn)光纖，光源可采用Led、Ld等加透鏡耦合。所述光探測(cè)器8用于接收光纖輸出的光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。光探測(cè)器可采用光敏電阻、光敏二極管、光電倍增管、感光芯片等加對(duì)應(yīng)的電路及軟硬件。本發(fā)明提供的基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，其工作過程是光源7 發(fā)出的的光耦合進(jìn)光纖對(duì)2的一端，在窄縫導(dǎo)槽3處，耦合進(jìn)光纖對(duì)2 —端的光，從一根光纖耦合進(jìn)另一根光纖，然后從光纖對(duì)2的另一端輸出至光探測(cè)器8，光探測(cè)器8將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出至后續(xù)儀表進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖對(duì)2通光量的檢測(cè)。浮子5隨液面高度 9沿立柱1浮動(dòng)，浮子5內(nèi)的永磁鐵6通過磁耦合帶動(dòng)磁性擋光板4移動(dòng)，磁性擋光板4的移動(dòng)調(diào)制光纖對(duì)2的通光量，液面高度不同，不同光纖對(duì)2的通光量被調(diào)制，通過檢測(cè)光纖對(duì)2的通光情況就可以知道液位高度。
權(quán)利要求
1.一種液位測(cè)量方法，其特征是一種基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，該方法是在被測(cè)液體中固定一立柱(1)，立柱(1)中布置有光纖對(duì)(2)，光纖對(duì)(2)是由端面嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)的兩根光纖組成，光纖對(duì)(2)的兩端從立柱(1)上方引出分別接光源(7)和光探測(cè)器 (8)，所有光纖對(duì)(2)沿立柱高度方向排列成光纖對(duì)(2)線性陣列，光纖對(duì)(2)兩根光纖的對(duì)準(zhǔn)端面之間有保證能夠通光的窄縫，所有光纖對(duì)(2)的窄縫連通形成窄縫導(dǎo)槽(3)，窄縫導(dǎo)槽(3)中有磁性擋光板(4)，磁性擋光板(4)能夠全部或部分遮擋一個(gè)或數(shù)個(gè)光纖對(duì)(2)的通光量，隨液面浮動(dòng)的的浮子(5)中有永磁鐵(6)，永磁鐵(6)通過磁耦合驅(qū)動(dòng)磁性擋光板 (4)沿窄縫導(dǎo)槽(3)移動(dòng)，從而調(diào)制光纖對(duì)(2)的通光量，液面高度不同，不同光纖對(duì)(2)的通光量被調(diào)制，通過檢測(cè)各光纖對(duì)(2)的通光情況即可知道液面位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位測(cè)量方法，其特征是光纖對(duì)(2)陣列和磁性擋光板(4) 密封在立柱(1)的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的液位測(cè)量方法，其特征是所述立柱(1)由聚四氟乙烯材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的液位測(cè)量方法，其特征是所述磁性擋光板(4)由磁性材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液位測(cè)量方法，其特征是所述永磁鐵(6)密封在浮子(5)的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的液位測(cè)量方法，其特征是所述浮子(5)由聚四氟乙烯材料制成。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于磁耦合和光纖對(duì)陣列的液位測(cè)量方法，該方法是在液體中固定一立柱，立柱中布置有光纖對(duì)線性陣列，各光纖對(duì)的兩光纖之間有能夠保證通光的窄縫，所有窄縫連通形成窄縫導(dǎo)槽，窄縫導(dǎo)槽中有磁性擋光板，浮在液面上的浮子中有永磁鐵，永磁鐵通過磁耦合驅(qū)動(dòng)磁性擋光板沿窄縫導(dǎo)槽移動(dòng)，從而調(diào)制光纖對(duì)的通光量，液面高度不同，不同光纖對(duì)的通光量被調(diào)制，通過檢測(cè)光纖對(duì)通光情況即可知道液面位置。本發(fā)明中永磁鐵密封在浮子內(nèi)，所有光纖對(duì)和磁性擋光板密封在立柱內(nèi)，與液體直接接觸的只有浮子和立柱，因此只要針對(duì)被測(cè)液體選用相應(yīng)的抗腐蝕材料制作浮子和立柱，就可用此方法對(duì)任何液體的液位進(jìn)行測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F23/64GK102221392SQ20111007974
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者何偉, 楊明紅, 王成剛 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)