[發明專利]一種多齒型結構的塑料光纖液位傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810044230.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN110044441A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 滕傳新;苑立波;劉厚權
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 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

一種多齒型結構的塑料光纖液位傳感器，屬于光纖傳感技術領域。由光源、多齒型結構的塑料光纖液位傳感探頭以及光電檢測裝置組成。塑料光纖的發射端與光源相連接，接收端與光電檢測裝置相連接。多齒型結構的塑料光纖液位傳感探頭是采用壓模成型的方法制備的。本發明是利用被測液體淹沒多齒型結構的塑料光纖時所產生的傳輸損耗的變化來實現液位測量的。該液位傳感器完全光纖化，且具有結構簡單、制作方便、成本低廉、響應迅速，以及高分辨率等優點。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種多齒型結構的塑料光纖液位傳感器。

背景技術

液位測量廣泛應用于生產生活中的諸多領域，從簡單的水箱、油箱液位高度的測量，到易燃易爆的大型儲油罐液位的實時監測，以及江河湖泊的水位監測等等。與傳統的電學液位傳感技術相比，光纖液位傳感技術具有抗電磁干擾、響應速度快、可遠程操作、耐腐蝕、安全性高等優點，其可以應用于一些危險的環境當中，得到了人們的廣泛研究。目前絕大部分的光纖液位傳感器都是在石英光纖上實現的。如申請(專利)號CN201310206911.5“保偏光纖布拉格光柵液位傳感器”是把液位變化量轉換為布拉格光柵的扭轉量來進行液位測量的，其所采用的光纖布拉格光柵的制備工藝復雜，成本較高；如在申請號201010518132.5“光子晶體光纖液位傳感器及其形成的傳感系統”中，利用單模光纖、光子晶體光纖和反射膜所構成的光纖邁克爾遜干涉儀來實現液位傳感，其制備仍然較復雜。此外，上述光纖液位傳感器均需使用光譜儀進行測量，不僅不利于傳感器的集成化，而且測試成本較高。

與石英光纖相比較，塑料光纖具有價格低廉、柔韌性好、可見光操作，并且易于光纖結構的修飾和改造等優點，十分有利于液位傳感功能器件的實現。此外，商用塑料光纖的芯徑較大，其與光源的耦合對準非常容易，是實現結構簡單、價格低廉液位傳感探頭的理想光纖。申請號CN200610109312.1“模式泄漏式光纖液位傳感器”就提出了一種泄露式的塑料光纖液位傳感器，但其未給出光纖液位傳感器件的制備方法。

發明內容

本發明提供一種結構簡單、制備方便易生產、成本低廉的多齒型結構塑料光纖液位傳感器及其制備方法。

一種多齒型結構的塑料光纖液位傳感器，其由光源、多齒型結構塑料光纖探頭、光電檢測裝置以及顯示單元組成，該多齒型結構的塑料光纖液位傳感探頭是采用壓模成型的方法在塑料光纖上制備出的。傳感探頭的具體制備步驟如下：

1)將塑料光纖放置于鋼制的具有多齒型結構的模具上面，使用夾具對塑料光纖施加壓力，在壓力的作用下，在塑料光纖上會形成沿中心軸線分布的多齒型結構。

2)然后利用熱定型的方法將沒有多齒型結構的塑料光纖部分進行彎曲，形成液位傳感光路的回路。這個過程需要將塑料光纖繞在一個加熱至75～95℃的圓柱形鋼柱上，之后在光纖的兩端施加2～7N的拉力，為避免彎曲損耗，光纖的彎曲半徑需大于5倍的光纖直徑。可以通過使用不同直徑的圓柱形鋼柱來改變塑料光纖探頭的彎曲半徑。

3)最后需要對傳感器進行封裝，以增加其機械強度。這個過程首先需要將光纖固定于一個具有兩個圓形小孔的聚合物材料之中，并使用環氧樹脂膠將其粘牢。所使用的聚合物材料厚度為2～5mm，聚合物上小孔的直徑與光纖直徑相同，兩小孔間距為10～20mm。便于液體流通，在聚合物圓板上還開有直徑為2～4mm的圓形小孔。然后需要將固定好光纖探頭的聚合物圓板嵌入到不銹鋼的圓筒(制有相應的凹槽，用于固定聚合物圓板)之中。不銹鋼圓筒帶有直徑約為3～5mm的孔狀結構，便于被測液體流入其中，與光纖傳感探頭相接觸。

所述的塑料光纖為多模商用塑料光纖，光纖的外徑為250～1500μm，纖芯直徑范圍為240～1480μm，纖芯折射率為1.49，包層折射率為1.41。

所述的塑料光纖多齒型結構的深度為100～500μm，齒間間距為1～20mm，多齒型結構的長度為1～20cm。

所述的塑料光纖探頭的彎曲半徑為5～10mm。