一種基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器，用于對設(shè)定液位監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警、指示等。
【背景技術(shù)】
[0002]利用光纖進(jìn)行液位測量一直是近年來科學(xué)界研究的熱門問題。研究精度高，分辨率高，安全性能好且抗干擾能力強(qiáng)的點(diǎn)式光纖液位傳感器，能夠滿足飛機(jī)、輪船、汽車等交通工具的燃油液位測量以及燃油存儲罐中的油位測量等需求，對液位測量技術(shù)的發(fā)展具有較大的推動作用。目前，用于液位測量的傳感器有許多不足，例如，模式泄漏式光纖液位傳感器采用兩根光纖作差分處理，且需要在測量光纖的包層上進(jìn)行側(cè)刨損傷處理，這種方法對側(cè)刨的機(jī)械加工程度要求較高，難以保證測量結(jié)果的一致性;另一種基于POF光纖宏彎的液位傳感器，利用光的受抑制全內(nèi)反射效應(yīng)，即外界介質(zhì)變化會影響某些光線無法在包層介質(zhì)界面進(jìn)行全反射，從而出射到外界介質(zhì)中，信號容易產(chǎn)生漂移，穩(wěn)定性差;尖端反射式光纖液位傳感器也是利用光纖的受抑全內(nèi)反射原理進(jìn)行測量，將光纖頭處理成兩個(gè)對稱的斜面，外界介質(zhì)不同也會影響光的全反射程度，該方法對光纖端面處理程度要求較高，且重復(fù)性難以保證;將光纖端面熔融成球形敏感頭的液位傳感器，除去了一小段光纖的包層與纖芯，端面易受液體腐蝕，且難以進(jìn)行機(jī)械加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器，利用塑料光纖的彎曲損耗特性，通過光纖外部介質(zhì)的不同來測量液位高度，能對單個(gè)或多個(gè)液位進(jìn)行監(jiān)測告警，且結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，靈敏度及可靠性高，適用于對設(shè)定液面高度進(jìn)行報(bào)警、指示等。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，包括光源、塑料光纖和信號處理電路;所述塑料光纖的發(fā)射端面與所述光源連接，所述塑料光纖的接收端面與所述信號處理電路連接，所述塑料光纖的發(fā)射端面和接收端面之間為光傳輸部，所述光傳輸部通過支架固定，其上形成有彎曲部，所述彎曲部裸露在外。
[0005]優(yōu)選地，利用所述塑料光纖的彎曲損耗特性，在待測液面低于所述彎曲部的端面時(shí)，所述信號處理電路接收的光信號較強(qiáng)，在待測液面到達(dá)所述彎曲部的端面時(shí)，所述信號處理電路接收的光信號強(qiáng)度大幅減小，并呈現(xiàn)階躍型跳變，據(jù)此判斷待測液面是否到達(dá)所述彎曲部的端面，實(shí)現(xiàn)液位測量。
[0006]優(yōu)選地，所述彎曲部為多個(gè)，用于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)液位測量。
[0007]優(yōu)選地，所述信號處理電路包括光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路和數(shù)據(jù)采集電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路用于將由所述接收端面輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，所述放大電路用于將該電信號放大，所述數(shù)據(jù)采集電路用于將放大后的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過分析該數(shù)字信號得到液位信息，實(shí)現(xiàn)液位測量。
[0008]優(yōu)選地，所述彎曲部呈U型彎曲。
[0009]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:利用塑料光纖的彎曲損耗特性，不需要對光纖進(jìn)行額外處理，無可動附件，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，信號處理簡單，更進(jìn)一步地，通過采用塑料側(cè)發(fā)光光纖，由于其內(nèi)部粒子散射特性，這種光纖本身就存在一定程度的傳輸損耗，將其進(jìn)行彎曲又利用了其彎曲損耗特性，且輸出結(jié)果呈現(xiàn)出階躍特性，克服了信號的漂移，穩(wěn)定性好且靈敏度高，能廣泛用于對設(shè)定液面高度進(jìn)行報(bào)警、指示等。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器的側(cè)視圖；
[0012]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器進(jìn)行單點(diǎn)測試的原理圖；
[0013]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器進(jìn)行多點(diǎn)測試的原理圖。
[0014]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:11-塑料光纖，111-發(fā)射端面，112-彎曲部，113-接收端面，12-法蘭盤，13-空腔，14-蓋板，15-螺母，16-電源通訊接口，17-螺母，21-支架，31-被測液體，41、42、43-彎曲部。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0016]如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器包括光源、塑料光纖11和信號處理電路;塑料光纖11穿過法蘭盤12，其發(fā)射端面111和接收端面113設(shè)置在法蘭盤12的一側(cè)，其余部分設(shè)置在法蘭盤12的另一側(cè)，構(gòu)成光傳輸部，光傳輸部通過支架21固定，其上形成有彎曲部112，彎曲部112裸露在外。光源、發(fā)射端面111、接收端面113和信號處理電路設(shè)置在空腔13中，空腔頂部的蓋板14與空腔側(cè)壁通過螺母15固定，空腔側(cè)壁設(shè)有電源通訊接口 16，通過螺母17固定在空腔側(cè)壁上。發(fā)射端面111與光源連接，接收端面113與信號處理電路連接。
[0017]如圖3所示，用上述點(diǎn)式光纖液位傳感器進(jìn)行液位測量，傳感器和盛有被測液體31的容器通過法蘭盤12固定。當(dāng)被測液體31未接觸彎曲部112的端面時(shí)，光源發(fā)出的光由發(fā)射端面111進(jìn)入塑料光纖11，經(jīng)過彎曲部112后，由接收端面113輸出至信號處理電路，此時(shí)，由于被測液體31未接觸彎曲部112的端面，外界空氣的折射率較小，彎曲部112處的光泄露較少，信號處理電路接收到的光信號較強(qiáng)。當(dāng)被測液體31的液面高度緩慢上升至剛好接觸彎曲部112的端面時(shí)，由于被測液體31的折射率較大，使得彎曲部112處的光泄露大幅增加，信號處理電路接收到的光信號強(qiáng)度大幅減小，并呈現(xiàn)階躍型跳變，據(jù)此就能判斷被測液體31是否接觸彎曲部112的端面，從而判斷被測液體31的液位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高低液位告警功能。
[0018]具體地，信號處理電路包括光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路和數(shù)據(jù)采集電路。由接收端面113輸出的光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路后變?yōu)殡娦盘?，該電信號被放大電路放大后被?shù)據(jù)采集電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過分析該數(shù)字信號得到液位信息，當(dāng)然，也可以直接對模擬電信號進(jìn)行分析得到液位信息。
[0019]彎曲部112用于增大光的泄露程度，由于塑料光纖11在被測液體31接觸彎曲部112的端面前后輸出的光信號強(qiáng)度有顯著區(qū)別，呈現(xiàn)階躍型跳變，能有效消除輸出信號漂移對判斷結(jié)果的影響。由于上述傳感器利用塑料光纖的彎曲損耗特性實(shí)現(xiàn)液位測量，彎曲部112在滿足測量要求的前提下，可以進(jìn)行任意程度的彎曲。優(yōu)選地，彎曲部112呈U型彎曲。
[0020]優(yōu)選地，塑料光纖為塑料側(cè)發(fā)光光纖，其本身就存在一定程度的傳輸損耗，將其進(jìn)行彎曲又利用了其彎曲損耗特性，呈現(xiàn)更好的階躍特性，靈敏度及可靠性高。
[0021]優(yōu)選地，支架21為鋁合金材質(zhì)，其機(jī)械強(qiáng)度較大，能夠滿足抗震要求。
[0022]空腔頂部的蓋板14起到保護(hù)光源和信號處理電路的作用，空腔13與光傳輸部采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣做能有效節(jié)省空間，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。傳感器采用RS485、CAN等通信方式，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0023]如圖4所示，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光傳輸部上形成有多個(gè)彎曲部41、42和43，根據(jù)上述對傳感器進(jìn)行液位測量的原理可知，待測液體的液面經(jīng)過每一個(gè)彎曲部的端面時(shí)，信號處理電路接收到的光信號強(qiáng)度都會產(chǎn)生階躍型跳變，據(jù)此就能判斷被測液體是否接觸彎曲部的端面，根據(jù)塑料光纖的安裝方式，就能判斷被測液體的液位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)液位檢測。
[0024]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，包括光源、塑料光纖和信號處理電路;所述塑料光纖的發(fā)射端面與所述光源連接，所述塑料光纖的接收端面與所述信號處理電路連接，所述塑料光纖的發(fā)射端面和接收端面之間為光傳輸部，所述光傳輸部通過支架固定，其上形成有彎曲部，所述彎曲部裸露在外。2.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，利用所述塑料光纖的彎曲損耗特性，在待測液面低于所述彎曲部的端面時(shí)，所述信號處理電路接收的光信號較強(qiáng)，在待測液面到達(dá)所述彎曲部的端面時(shí)，所述信號處理電路接收的光信號強(qiáng)度大幅減小，并呈現(xiàn)階躍型跳變，據(jù)此判斷待測液面是否到達(dá)所述彎曲部的端面，實(shí)現(xiàn)液位測量。3.如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，所述彎曲部為多個(gè)，用于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)液位測量。4.如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，所述信號處理電路包括光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路和數(shù)據(jù)采集電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路用于將由所述接收端面輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，所述放大電路用于將該電信號放大，所述數(shù)據(jù)采集電路用于將放大后的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過分析該數(shù)字信號得到液位信息，實(shí)現(xiàn)液位測量。5.如權(quán)利要求1或2所述的點(diǎn)式光纖液位傳感器，其特征在于，所述彎曲部呈U型彎曲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于彎曲損耗的點(diǎn)式光纖液位傳感器。包括光源、塑料光纖和信號處理電路；塑料光纖的發(fā)射端面與光源連接，塑料光纖的接收端面與信號處理電路連接，塑料光纖的發(fā)射端面和接收端面之間為光傳輸部，光傳輸部通過支架固定，其上形成有彎曲部，彎曲部裸露在外。本發(fā)明利用塑料光纖的彎曲損耗特性，通過光纖外部介質(zhì)的不同來測量液位高度，能對單個(gè)或多個(gè)液位進(jìn)行監(jiān)測告警，且結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，靈敏度及可靠性高，適用于對設(shè)定液面高度進(jìn)行報(bào)警、指示等。
【IPC分類】G01F23/292
【公開號】CN105547410
【申請?zhí)枴緾N201510901829
【發(fā)明人】葛俊鋒, 華濱, 葉林, 龔英, 舒俊, 桂康
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月8日