[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于掃頻激光器解調(diào)的光纖干涉水位傳感裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710600344.X
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107356306B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅政純;龐鑠;常天英;王忠民;孫韋;崔洪亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01F23/292
• 分類(lèi)號(hào): G01F23/292
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明涉及一種基于掃頻激光器解調(diào)的光纖干涉水位傳感裝置及方法，裝置包括掃頻激光器，激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)耦合器被分為兩路，均由光纖傳輸，一路經(jīng)過(guò)法珀標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生第一多光束干涉，另一路經(jīng)過(guò)水壓探頭產(chǎn)生第二多光束干涉，通過(guò)解調(diào)第一多光束干涉和第二多光束干涉，獲得水壓探頭內(nèi)的水壓值，根據(jù)壓強(qiáng)與水位的關(guān)系，即可得到水位測(cè)量值；所述水壓探頭具有外殼、水壓力應(yīng)變片、法珀腔和法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)，水壓力應(yīng)變片與水直接接觸，且與法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)相連；當(dāng)水位改變時(shí)，水壓力應(yīng)變片感受水位變化，帶動(dòng)法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)，使法珀腔的腔長(zhǎng)隨之改變，使得激光在水壓探頭內(nèi)產(chǎn)生第二多光束干涉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于掃頻激光器解調(diào)的光纖干涉水位傳感裝置及方法。

背景技術(shù)

高精度的水位傳感器可用于監(jiān)測(cè)各種水位的變化，例如監(jiān)測(cè)城市河道水位情況，監(jiān)測(cè)水庫(kù)水位情況，監(jiān)測(cè)海洋水位變化等。如果沒(méi)有提前進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)，當(dāng)水位達(dá)到警戒線后，會(huì)造成城市洪澇、決堤、海嘯等重大災(zāi)害，嚴(yán)重影響到人民的生命安全和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全，因此精確監(jiān)測(cè)各種復(fù)雜的水位情況非常必要，高精度水位傳感器的研制具有重要意義。

水位傳感器一般有浮子式水位傳感器、壓力式水位傳感器、光纖水位傳感器等不同的分類(lèi)，在公開(kāi)的專(zhuān)利號(hào)為CN202974389U的中國(guó)專(zhuān)利中，提出了一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計(jì)，該水位計(jì)采用機(jī)械結(jié)構(gòu)傳感器，需要有測(cè)井設(shè)備，難以操作，只適用于岸坡穩(wěn)定、河床沖淤很小的低含沙量河段，局限性很大。在公開(kāi)的專(zhuān)利號(hào)為CN204286550U的中國(guó)專(zhuān)利中，提出了一種能夠進(jìn)行氣壓補(bǔ)償?shù)膲毫κ剿挥?jì)，該水位計(jì)采用電路結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、供電單元等，整體電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳輸距離有限，不能用于電磁干擾嚴(yán)重、腐蝕性強(qiáng)等惡劣環(huán)境下；在公開(kāi)的專(zhuān)利號(hào)為CN204461547U的中國(guó)專(zhuān)利中，提出了一種光纖干涉水位傳感器，利用光纖傳感技術(shù)，構(gòu)造邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)，通過(guò)相位解調(diào)實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量，但其只能進(jìn)行動(dòng)態(tài)水位變化的測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水位的測(cè)量，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于掃頻激光器解調(diào)的光纖干涉水位傳感裝置，本發(fā)明利用標(biāo)準(zhǔn)具、法珀腔的干涉原理，得到相鄰峰值間的頻率間距與腔長(zhǎng)的關(guān)系，并且標(biāo)準(zhǔn)具腔長(zhǎng)固定為已知量作為參考，可以簡(jiǎn)單精確的解調(diào)出法珀腔的腔長(zhǎng)，繼而可以得到水位值，提高了解調(diào)精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于掃頻激光器解調(diào)的光纖干涉水位傳感裝置，包括激光器，激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)耦合器被分為兩路，均由光纖傳輸，一路經(jīng)過(guò)法珀標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生第一多光束干涉，另一路經(jīng)過(guò)水壓探頭產(chǎn)生第二多光束干涉，通過(guò)解調(diào)第一多光束干涉和第二多光束干涉，獲得水壓探頭內(nèi)的水壓值，根據(jù)壓強(qiáng)與水位的關(guān)系，即可得到水位測(cè)量值；

所述水壓探頭具有外殼、水壓力應(yīng)變片、法珀腔和法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)，水壓力應(yīng)變片與水直接接觸，且與法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)相連；當(dāng)水位改變時(shí)，水壓力應(yīng)變片感受水位變化，帶動(dòng)法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)，使法珀腔的腔長(zhǎng)隨之改變，使得激光在水壓探頭內(nèi)產(chǎn)生第二多光束干涉。

進(jìn)一步的，所述法珀腔調(diào)整機(jī)構(gòu)采用與水壓力應(yīng)變片相連的滑動(dòng)底座。

進(jìn)一步的，所述法珀腔包括與所述滑動(dòng)底座相連的反射鏡，固定于外殼內(nèi)設(shè)定位置的準(zhǔn)直器，光束從準(zhǔn)直器出射，在準(zhǔn)直器斷面和反射鏡表面之間形成多光束干涉。

進(jìn)一步的，所述水壓探頭還包括水密封件、外纜殼，水密封件設(shè)置在水壓探頭的光纖入口端，與外纜殼相連接，外纜殼與外殼同軸連接，并且外纜殼的內(nèi)徑大于外殼內(nèi)徑。

進(jìn)一步的，經(jīng)法珀標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生第一多光束干涉的光路還設(shè)置有第一光電探測(cè)器。

進(jìn)一步的，經(jīng)水壓探頭產(chǎn)生第二多光束干涉的光路還設(shè)置有三端口環(huán)形器和第二光電探測(cè)器，三端口環(huán)形器的一端口連接耦合器，二端口連接水壓探頭，三端口連接第二光電探測(cè)器。

進(jìn)一步的，第一光電探測(cè)器的輸出與第二光電探測(cè)器的輸出同時(shí)與上位機(jī)解調(diào)系統(tǒng)相連。