一種基于光纖的液位傳感器及液位測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖的液位傳感器及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖液位傳感器是一種以光纖為媒介測量液體液面高度的傳感器，在燃料存儲和生化處理等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。與傳統(tǒng)的基于電學(xué)方法的傳感器相比，基于光纖的傳感器具有電絕緣性好、抗電磁干擾、體積小、重量輕等優(yōu)點，尤其是對于易燃易爆的液體，基于光纖的傳感方法的優(yōu)勢更加突出。一般地，基于光纖的液位傳感器需要特殊制備工藝的光纖結(jié)構(gòu)，如長周期光纖光柵、布拉格光纖光柵以及斜光纖光柵等，且通常僅適用于測量折射率低于光纖折射率的液體的液位，而無法測量汽油、柴油等自身折射率高于傳感光纖折射率的液體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有光纖液位傳感器無法適用于自身折射率高于傳感光纖折射率的液體的不足，本發(fā)明提供一種有效檢測自身折射率高于傳感光纖折射率的液體液位的基于光纖的液位傳感器及液位測量方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種基于光纖的液位傳感器，待檢測液體的折射率高于光纖的折射率，所述傳感器包括:用于接收測試光的單模光纖、用于接收所述單模光纖輸出的測試光且去除涂敷層和包層的第一多模光纖和用于接收所述第一多模光纖輸出的測試光并將其輸出的第二多模光纖，所述單模光纖的上端與所述第一多模光纖的下端相連接，所述第一多模光纖的上端與所述二多模光纖的下端相連接，所述單模光纖的下端為測試光輸入端，所述第二多模光纖的上端為檢測信號輸出端，所述第一多模光纖的長度大于等于所述待檢測液體液位的最大值，所述單模光纖、第一多模光纖和用第二多模光纖的光軸位于同一直線上。
[0006]進一步，所述第一多模光纖的纖芯直徑小于等于第二多模光纖的纖芯直徑。
[0007]進一步，所述檢測信號輸出端與用于檢測測試光的功率損耗并參照預(yù)先標(biāo)定的功率損耗與液體液位的對應(yīng)關(guān)系來確定液位的液位檢測模塊相連接。
[0008]一種基于光纖的液位測量方法，所述測量方法包括如下步驟:
[0009](I)測試光由單模光纖進入、經(jīng)浸入所述液體中的第一多模光纖傳播且從第二多模光纖輸出，檢測信號輸出端的光功率，與測試光的光功率比較后計算得到功率損耗；
[0010](2)參照預(yù)設(shè)的測試光功率損耗與液位的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)所述測試光的功率損耗，確定待檢測液體的液位。
[0011]進一步，操作者將傳感器的第一多模光纖放置于待測液體中，然后測量由傳感器的第二多模光纖輸出的測試光的功率，最后經(jīng)操作者查詢光功率損耗與液位間的對應(yīng)關(guān)系確定待測液體的液位高度。
[0012]或者是:將傳感器中的第一多模光纖固定于待檢測液體的存儲罐中，液位的變化將直接導(dǎo)致第二多模光纖輸出測試光功率的變化，液位檢測模塊接收光功率計測得的光功率損耗并給出液體的液位值。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:摒棄了傳統(tǒng)的基于導(dǎo)模耦合或?qū)８缮娴臏y量原理，使用基于漏模損耗的方法。通過測量依次經(jīng)由單模光纖、第一多模光纖和第二多模光纖傳播的測試光的功率損耗，確定待測液體的液面高度，從而打破了普通光纖不能測量高折射率液體液面高度的限制，并且，本發(fā)明實施例所公開的傳感器，僅需要使用普通通信光纖和低成本的大芯徑特種多模光纖進行簡單的連接就可實現(xiàn)對液位的準(zhǔn)確測量，因此適合批量生產(chǎn)和應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、有效檢測自身折射率高于傳感光纖折射率的液體液位；2、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。
【附圖說明】
[0015]圖1為基于光纖的液位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為基于光纖的液位測量方法中測試光輸出功率損耗隨被測液體的液位變化的曲線圖；
[0017]圖3為基于光纖的液位測量方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0019]參照圖1?圖3，一種基于光纖的液位傳感器，用于測量折射率高于所述光纖折射率的液體的液位，如圖1所示，包括:
[0020]接收測試光的單模光纖100 ；
[0021]與所述單模光纖連接的、接收所述單模光纖輸出的測試光并預(yù)先去除包層和涂敷層的第一多模光纖101 ;
[0022]與所述第一多模光纖連接的、接收所述第一多模光纖輸出的測試光并將其輸出的第二多模光纖102。
[0023]其中，所述第一多模光纖可以使用纖芯直徑為50 μπι，纖芯折射率為1.46的通信多模光纖，光纖長度為10cm，剝掉其涂敷層并使用氫氟酸去除其包層。這里的纖芯直徑、折射率和光纖長度為優(yōu)選設(shè)定，但并不限于所述固定值。所述第一多模光纖的長度大于等于待測液體液位的最大值，在確定其長度時還要兼顧所述傳感器結(jié)構(gòu)的緊湊性。
[0024]所述第二多模光纖可以使用纖芯直徑為105 μ m，纖芯折射率為1.46的多模光纖。這里的纖芯直徑、折射率為優(yōu)選設(shè)定，但并不限于所述固定值。
[0025]所述單模光纖與所述第一多模光纖為無偏心連接，所述第一多模光纖與所述第二多模光纖為無偏心連接。
[0026]上述的連接方式可以為熔接或者能將三段光纖連接的其他方式。
[0027]所述液位傳感器的功能實現(xiàn)過程如下:
[0028]使用這種基于光纖的液位傳感器進行液位測量時，將其中的第一多模光纖浸入被測液體103中，此時第一多模光纖被分為兩段，一段浸在被測高折射率液體中，與被測高折射率液體組成泄漏波導(dǎo)，支持泄漏模式；第一多模光纖的另一段裸露在空氣中，與空氣組成導(dǎo)行波導(dǎo)，支持導(dǎo)行模式。
[0029]從所述單模光纖出輸入一定功率的測試光，測試光由單模光纖輸出耦合到泄漏波導(dǎo)。由于泄漏波導(dǎo)支持泄漏模式，故測試光在泄漏波導(dǎo)中傳輸時會造成功率的損耗，且損耗的大小與泄漏波導(dǎo)的長度，即液面高度，成單調(diào)關(guān)系。進一步，剩余的測試光將耦合到導(dǎo)行波導(dǎo)并由第二多模光纖輸出。最后，通過光功率計測量第二多模光纖輸出的測試光的功率損耗。
[0030]圖2為使用本發(fā)明公開的實施例中的液位傳感器進行液位測量時，測試光輸出功率損耗隨被測液體液位變化的關(guān)系曲線，被測液體的折射率為1.4769。由該曲線可以看出，當(dāng)所述液體的液位升高時，所述傳感器的輸出功率隨之減小，二者之間滿