[實(shí)用新型]一種差動(dòng)式杠桿結(jié)構(gòu)光纖Bragg光柵液位傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320826372.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203688037U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝濤;李川;李英娜;趙振綱;歐陽(yáng)鑫;劉愛(ài)蓮;吳文兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F23/292
• 分類號(hào): G01F23/292
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種差動(dòng)式杠桿結(jié)構(gòu)光纖Bragg光柵液位傳感器，屬于光電子測(cè)量器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

儲(chǔ)油罐是儲(chǔ)存油品的重要設(shè)備，儲(chǔ)油罐液位的精確計(jì)量對(duì)生產(chǎn)廠庫(kù)存管理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響很大。但國(guó)內(nèi)許多反應(yīng)罐、大型儲(chǔ)油罐的液位計(jì)量仍采用人工檢測(cè)的方法，這樣易引發(fā)安全事故，無(wú)法為生產(chǎn)操作和管理決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)。以往的諸多電測(cè)型傳感器容易導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生靜電，甚至在強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)生電離作用，引起放電而形成電火花，并且在信號(hào)放大過(guò)程中容易受到環(huán)境噪聲和電磁干擾等因素的影響,?因此不利于推廣到儲(chǔ)油氣罐的液位檢測(cè)中。光纖傳感器有抗電磁干擾、本質(zhì)安全、動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高、便于組網(wǎng)、可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油氣罐液位的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)提供了可行的途徑。

通過(guò)采用光纖Bragg光柵液位傳感器對(duì)容器液位進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)時(shí)，需要考慮光纖Bragg光柵液位傳感器的構(gòu)成，及如何安裝來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量時(shí)對(duì)光纖的保護(hù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種差動(dòng)式杠桿結(jié)構(gòu)光纖Bragg光柵液位傳感器，以用于解決對(duì)儲(chǔ)油罐液位實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)時(shí)光纖Bragg光柵液位傳感器的結(jié)構(gòu)、安裝問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種差動(dòng)式杠桿結(jié)構(gòu)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(huán)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(qiáng)度懸臂梁8、導(dǎo)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(huán)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(huán)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(diǎn)相連，杠桿3支點(diǎn)的右部通過(guò)傳壓桿6與等強(qiáng)度懸臂梁8相連，光纖Bragg光柵7粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁8上下兩壁，等強(qiáng)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(dǎo)出光纖9通過(guò)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。

本實(shí)用新型的工作原理是：

在初始狀態(tài)時(shí)，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(guò)傳力彈簧11加載到杠桿3的左端，杠桿3把浮力轉(zhuǎn)化為對(duì)等強(qiáng)度懸臂梁8移動(dòng)端的壓力，帶動(dòng)粘貼在等強(qiáng)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(cè)容器液位高度檢測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)的調(diào)制，光纖Bragg光柵7的差動(dòng)式粘貼有助于抵消環(huán)境溫度的影響，光纖Bragg光柵的導(dǎo)出光纖9通過(guò)容器口引出并與外接光纜相連接，構(gòu)成差動(dòng)式杠桿結(jié)構(gòu)光纖Bragg光柵液位傳感器。

本實(shí)用新型的數(shù)學(xué)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：

?????????????????????????????????????????????????????????（1）

式中，為容器內(nèi)被測(cè)液體的密度，g為重力系數(shù)，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：

F=G·n???????????????????????????????????????????????????????????（2）

式中，F為杠桿3右端加載到等強(qiáng)度懸臂梁8移動(dòng)端的壓力，n為杠桿3左右兩邊與支點(diǎn)間距離的倍率比。

把（1）式帶入（2）式得:

???????????????????????????????????????????????????（3）

等強(qiáng)度懸臂梁8各點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)椋?

????????????????????????????????????????????????（4）

式中，l為等強(qiáng)度懸臂梁8的工作長(zhǎng)度，h為等強(qiáng)度懸臂梁8的厚度，B為等強(qiáng)度懸臂梁8固定端的寬度，E為等強(qiáng)度懸臂梁8的彈性模量。

把（3）式帶入（4）式得:

????????????????????????????????????????????????（5）