[實(shí)用新型]基于CMFTIR效應(yīng)的光纖連續(xù)式液位傳感系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420597514.5
• 申請(qǐng)日: 2014-10-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204228235U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文怡;侯鈺龍;張會(huì)新;蘇珊;沈三民;王紅亮;張彥軍;蘇淑靖;崔永俊;甄成方;熊繼軍;劉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(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)用新型涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CMFTIR(cladding?mode?frustrated?total?internal?reflection，包層模受抑全內(nèi)反射)效應(yīng)的光纖連續(xù)式液位傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在化學(xué)化工生產(chǎn)領(lǐng)域，液體化工品的儲(chǔ)藏，裝卸，運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中，液位的自動(dòng)化檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)的重要保證。特別在危險(xiǎn)化工品的運(yùn)輸途中，由于長(zhǎng)途顛簸存在發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，若不能有效實(shí)現(xiàn)液位精細(xì)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就有可能導(dǎo)致險(xiǎn)情擴(kuò)大，甚至?xí)：θ藛T生命安全。此外，某些化工液體易燃易爆，例如石油，酒精等，在液位測(cè)量中要求液位信號(hào)非電測(cè)量，以避免發(fā)生電火花燃爆事故。更加特殊的情況，例如撫順石油二廠處在雷電多發(fā)區(qū)，電子儀表常常受到電磁干擾而無(wú)法正常工作。因此，采用光纖液位傳感的方法，既有針對(duì)性的解決了實(shí)時(shí)自動(dòng)化，非電測(cè)量，抗電磁干擾等問(wèn)題，同時(shí)又能保證經(jīng)濟(jì)與實(shí)用，已經(jīng)在某些企業(yè)獲得實(shí)際的應(yīng)用并且成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間和重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前，已有的光纖液位傳感器主要分為本征和非本征兩類。非本征型僅僅是利用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，傳感實(shí)際上是通過(guò)外加的調(diào)制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如3EFL2I系列光纖液位變送器，采用的浮子與光碼變送器。這一類傳感器，常常帶有浮子及復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，適宜于液面平穩(wěn)靜止條件下測(cè)量，難以滿足在裝卸，運(yùn)輸過(guò)程中液位連續(xù)變化下實(shí)時(shí)測(cè)量的需要。本征型是指利用光纖自身作為傳感器。其中最成功的要數(shù)壓強(qiáng)敏感式光纖液位傳感器，其利用應(yīng)變片來(lái)感受油箱底部的壓強(qiáng)，并通過(guò)光纖來(lái)測(cè)量作用在應(yīng)變片上的壓強(qiáng)值，從而得到液位值。根據(jù)應(yīng)變片形變感應(yīng)方式的不同可將壓強(qiáng)敏感式光纖液位傳感器分為光強(qiáng)反射式，法布里珀羅式，微彎式、雙折射式、布拉格光柵式、長(zhǎng)周期光柵式等，但是由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將產(chǎn)生的加速度及額外壓強(qiáng)導(dǎo)致此類傳感器不適用于裝卸，運(yùn)輸，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量。此外，同樣具有代表性的還有利用受抑全內(nèi)反射原理實(shí)現(xiàn)的光纖液位探頭，主要有兩種實(shí)現(xiàn)途徑，一是在單根光纖的端面通過(guò)技術(shù)處理(拋光或電火花拉伸)獲得90°全內(nèi)反射斜面，光從光纖一端輸入經(jīng)全內(nèi)反射后沿原光路返回；二是利用棱鏡打磨出90°反射斜面后，分別用兩根光纖作為輸入光纖和輸出光纖。經(jīng)過(guò)發(fā)展，這一類光纖探頭已經(jīng)獲得了非常好的區(qū)分度，但往往加工難度較大，反射端面易受污染，更為重要的是，探頭式的傳感器仍然無(wú)法免于機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，無(wú)法應(yīng)用于需要連續(xù)，實(shí)時(shí)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)大量程光纖連續(xù)液位傳感一直是領(lǐng)域內(nèi)未被攻克的技術(shù)難題。1995年由意大利Cassino大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院的Betta在發(fā)表于《IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement》雜志上的文獻(xiàn)《A?digital?level?transducer?based?on?optical?fiber》中提出基于漸逝場(chǎng)光泄漏的光纖液位傳感器，可實(shí)現(xiàn)25mm的連續(xù)液位分辨率。Betta通過(guò)化學(xué)腐蝕的方法去除光纖的部分包層，由于該方法需要對(duì)包層厚度進(jìn)行精確控制，增加了制造的難度，并且由于光纖原有的包層結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得該傳感器的魯棒性變差。2013年美國(guó)北達(dá)科他州立大學(xué)和密蘇里大學(xué)的Ying?Huang和Baokai?Chen等在《MEASUREMENT?SCIENCE?AND?TECHNOLOGY》雜志上發(fā)表的文章《Simultaneous?detection?of?liquid?level?and?refractive?index?with?a?long-period?fiber?grating?based?sensor?device》中提出利用長(zhǎng)周期光纖光柵制作了連續(xù)液位傳感器，實(shí)現(xiàn)了液位分辨率誤差小于1mm，測(cè)量范圍達(dá)到了30mm。該傳感器雖然實(shí)現(xiàn)了連續(xù)液位傳感器及較高的分辨率，但量程過(guò)小，且制作成本過(guò)高，檢測(cè)儀器復(fù)雜昂貴。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種基于CMFTIR效應(yīng)的光纖連續(xù)式液位傳感系統(tǒng)，傳感器量程大，分辨率高，魯棒性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種基于CMFTIR效應(yīng)的光纖連續(xù)式液位傳感系統(tǒng)，包括：LED光源，第一光功率計(jì)，第二光功率計(jì)以及光纖液位傳感器；

其中，所述光纖液位傳感器包括尼龍棒，有源光纖和無(wú)源光纖，所述有源光纖和所述無(wú)源光纖的中間部分相互緊密貼合后螺旋纏繞在所述尼龍棒上形成連續(xù)宏彎耦合結(jié)構(gòu)，除中間部分外的光纖均套有黑色熱縮管；