[發明專利]一種差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器及其使用方法

有效

• 申請號: 201310685354.X
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103674179B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 謝濤;李川;李英娜;趙振綱;歐陽鑫;劉愛蓮;吳文兵
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器及其使用方法，屬于光電子測量技術領域。

背景技術

儲油罐是儲存油品的重要設備，儲油罐液位的精確計量對生產廠庫存管理及經濟運行影響很大。但國內許多反應罐、大型儲油罐的液位計量仍采用人工檢測的方法，這樣易引發安全事故，無法為生產操作和管理決策提供準確的依據。以往的諸多電測型傳感器容易導致測量系統產生靜電，甚至在強電場下發生電離作用，引起放電而形成電火花，并且在信號放大過程中容易受到環境噪聲和電磁干擾等因素的影響,?因此不利于推廣到儲油氣罐的液位檢測中。光纖傳感器有抗電磁干擾、本質安全、動態范圍寬、靈敏度高、便于組網、可實現分布式測量等優點，為實現儲油氣罐液位的實時在線檢測提供了可行的途徑。

發明內容

本發明提供了一種差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器及其使用方法，以用于解決對儲油罐液位實時在線檢測的問題。

本發明的技術方案是：一種差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器，包括空心浮力塑料桿1、位置固定環套2、杠桿3、杠桿支撐桿4、固定底座5、傳壓桿6、光纖Bragg光柵7、等強度懸臂梁8、導出光纖9、懸臂梁支撐桿10、傳力彈簧11、容器壁13；其中固定底座5放置于容器底部，位置固定環套2、杠桿支撐桿4和懸臂梁支撐桿10焊接在固定底座上5，空心浮力塑料桿1放置于位置固定環套中2，空心浮力塑料桿1的頂部連接傳力彈簧11，傳力彈簧11的另一端連接杠桿3的左端，杠桿支撐桿4與杠桿3支點相連，杠桿3支點的右部通過傳壓桿6與等強度懸臂梁8相連，光纖Bragg光柵7粘貼在等強度懸臂梁8上下兩壁，等強度懸臂梁8右端固定于懸臂梁支撐桿10上，光纖Bragg光柵的導出光纖9通過容器口引出并與外接光纜相連接。

還包括平衡螺母12；其中杠桿3的最右端攻螺紋，平衡螺母12套在螺紋上。

一種差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器的使用方法，所述方法的具體步驟如下：

A、當容器中加入液體后，空心浮力塑料桿1所受到的液體浮力通過傳力彈簧11加載到杠桿3的左端；杠桿3把浮力轉化為對等強度懸臂梁8移動端的壓力，帶動粘貼在等強度懸臂梁8上下兩壁的光纖Bragg光柵7拉伸和壓縮，從而根據光纖Bragg光柵解調儀分析得到粘貼在等強度懸臂梁8上下兩壁的光纖Bragg光柵7的中心波長差值????????????????????????????????????????????????；

B、根據粘貼在等強度懸臂梁8上下兩壁的光纖Bragg光柵7的中心波長差值與液位高度H的關系式計算出被測容器的液位高度；式中：l為等強度懸臂梁8的工作長度，h為等強度懸臂梁8的厚度，B為等強度懸臂梁8固定端的寬度，E為等強度懸臂梁8的彈性模量，為光纖Bragg光柵7的應變敏感系數，為光纖Bragg光柵7的中心波長，為容器內被測液體的密度，g為重力系數，s為空心浮力塑料桿1的橫截面積，n為杠桿3左右兩邊與支點間距離的倍率比。

所述杠桿3左右兩邊與支點間距離的倍率比n的變化范圍為1到4。?

本發明的工作原理是：

在初始狀態時，平衡螺母12使杠桿3左右兩邊重力平衡，容器中加入液體后，空心浮力塑料桿1所受到的液體浮力通過傳力彈簧11加載到杠桿3的左端，杠桿3把浮力轉化為對等強度懸臂梁8移動端的壓力，帶動粘貼在等強度懸臂梁8上下兩壁的光纖Bragg光柵7拉伸和壓縮（上壁的光纖Bragg光柵拉伸，下壁的光纖Bragg光柵壓縮）將被測容器液位高度檢測轉化為對光纖Bragg光柵波長的調制，光纖Bragg光柵7的差動式粘貼有助于抵消環境溫度的影響，光纖Bragg光柵的導出光纖9通過容器口引出并與外接光纜相連接，構成差動式杠桿結構光纖Bragg光柵液位傳感器。

本發明的數學模型分析如下：

空心浮力塑料桿1所受到的液體浮力G，浮力方程是：

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式中，為容器內被測液體的密度，g為重力系數，s為空心浮力塑料桿1的橫截面積，H為容器的液位高度。

杠桿3左右兩邊的力平衡方程是：