[實用新型]一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器

有效

• 申請號: 201420412711.5
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN203981244U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 陳德寶;沈常宇;魏健;路艷芳;劉樺楠
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

隨著現在測量技術的發展，光纖傳感器與傳統電傳感器相比，由于具有不受電磁干擾、靈敏度高、體積小、重量輕、可復用性強、可埋入各種結構和材料等優點而逐漸被人們所重視。近年來，人們已經研制出了各種光纖傳感器用于對溫度、壓力、液位等物理量的測量，在實際應用中，液位的測量也具有相當重要的意義，各種基于長周期光纖光柵和布拉格光纖光柵的液位傳感器也逐漸被人們所提出。本發明中所述的一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其基本原理是基于傾斜光纖光柵包層模的折射率敏感特性。

傾斜光纖光柵是一種特殊的光纖光柵，其光柵條紋與光纖軸向成一定角度。由于光柵傾角的引入，前向傳導的入射光被有效激發至后向傳導的包層模，并保留滿足布拉格條件的后向傳導纖芯模。由于纖芯模和包層模具有不同的傳感特性，因此傾斜光纖光柵兼具布拉格光纖光柵和長周期光纖光柵兩類光纖光柵的優點，可實現多參量(傾角、溫度、應變、折射率等)同時區分測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器。該裝置能夠通過對細芯傾斜光纖光柵反射光譜圖的變化實現對液位變化量的精確測量。具有結構簡單、易于操作、靈敏度高等特點。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特征在于：由超寬帶光源(1)、入射光纖(2)、光纖環形器(3)、連接光纖(4)、出射光纖(5)和細芯傾斜光纖光柵(6)、光譜儀(7)組成；超寬帶光源(1)連接入射光纖(2)，入射光纖(2)和連接光纖(4)、出射光纖(3)按順時針方向依次與光纖環形器(3)相連，連接光纖(4)的另一端連接細芯傾斜光纖光柵(6)，出射光纖(5)的另一端連接光譜儀(7)。

所述的一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特征在于：細芯傾斜光纖光柵(6)采用細芯載氫光敏單模光纖刻寫制作，纖芯直徑2.5微米，包層直徑125微米。

所述的一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特征在于：細芯載氫光敏單模光纖長度為60毫米，其中細芯傾斜光纖光柵(6)部分長度為10毫米，熔接點與細芯傾斜光纖光柵(6)之間的距離為50毫米。

本發明的工作原理是：超寬帶光源(1)發出的光首先耦合進入入射光纖(2)，然后到達光纖環形器(3)，接著光通過連接光纖(4)進入細芯傾斜光纖光柵(6)，細芯傾斜光纖光柵(6)周圍環境由空氣和被測液體共同組成，二者的比例發生變化時，細芯傾斜光纖光柵(6)的周圍環境有效折射率隨之發生變化，最后受到液位變化調制的光信號反射回連接光纖(4)到達光纖環形器(3)，通過出射光纖(5)進入光譜儀(7)。細芯傾斜光纖光柵(6)及其所在的細芯傾斜光纖光柵共同組成了所述液位傳感器的傳感頭部分，細芯傾斜光纖光柵(6)激發產生的包層模強度與周圍環境折射率緊密相關，當包層模所處的周圍環境折射率增加時，包層模逐漸轉化為輻射模，反射光譜中顯示為包層模的強度降低甚至消失，而空氣和被測液體的折射率不同，導致當液體高度(液位)發生變化時，包層模的強度逐漸發生變化，通過對包層模強度信息的解調可以得到對應的液位變化信息。

本發明的有益效果是：所述一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器實現反射式液位傳感器的設計，測量更加方便。所述傳感器具有較低的溫度敏感特性，溫度敏感系數約為11.2pm/℃，該液位傳感器的靈敏度為0.51dB/mm。此外，液位測量范圍不受限于采用的細芯傾斜光纖光柵的長度大小而是與整個細芯載氫光敏光纖的長度相關。

附圖說明

圖1是本發明的一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器示意圖；

圖2是本發明的歸一化包層模強度與液位變化關系示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖及實施實例對本發明作進一步描述：

參見附圖1，一種基于細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特征在于：由超寬帶光源(1)、入射光纖(2)、光纖環形器(3)、連接光纖(4)、出射光纖(5)和細芯傾斜光纖光柵(6)、光譜儀(7)組成；超寬帶光源(1)連接入射光纖(2)，入射光纖(2)和連接光纖(4)、出射光纖(3)按順時針方向依次與光纖環形器(3)相連，連接光纖(4)的另一端連接細芯傾斜光纖光柵(6)，出射光纖(5)的另一端連接光譜儀(7)。

入射光纖(2)和連接光纖(4)、出射光纖(5)為單模光纖，纖芯直徑為8.2微米，包層直徑為125微米。細芯傾斜光纖光柵(6)采用細芯載氫光敏單模光纖刻寫制作，纖芯直徑2.5微米，包層直徑125微米。細芯載氫光敏單模光纖長度為60毫米，其中細芯傾斜光纖光柵(6)部分長度為10毫米，熔接點與細芯傾斜光纖光柵(6)之間的距離為50毫米。通過細芯傾斜光纖光柵(6)反射回的包層模在周圍環境折射率增加時轉換為輻射模，包層模的強度隨著液位的上升逐漸降低直至完全消失，這樣就得到了液位變化信息。當細芯傾斜光纖光柵(6)產生的包層模隨著液位的上升逐漸轉化為輻射模時，反射譜中歸一化包層模的強度逐漸降低直至消失，圖2為歸一化包層模強度與液位變化關系示意圖，其靈敏度為0.51dB/mm，液位測量范圍可以達到50至60毫米。