[發明專利]一種溫度檢測的光纖光柵液位傳感器

在審

• 申請號: 202010423922.9
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111678615A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 王琳;吳宇;唐杰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01F23/22;G01D5/353
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明涉及液位檢測技術領域，具體涉及一種溫度檢測的光纖光柵液位傳感器。本發明引入碳纖維管作為加熱元件，通過加熱碳纖維管對光纖布拉格光柵溫度傳感陣列進行加熱調制，然后通過對液體和氣體吸熱速率差異的測量，實現液體液位高度的檢測。本發明傳感器，在保證測量精度和測量范圍的同時使其適用于易燃易爆的危險液體環境，并且解調成本低。為實際應用中多種場景下具有大測量范圍需求的液位檢測提供了一種可靠的測量手段。

技術領域

本發明涉及液位檢測技術領域，基于光纖傳感技術，具體涉及一種溫度檢測的光纖光柵液位傳感器。

背景技術

在工業工程領域，液位測量技術具有非常廣泛的應用。在工業生產過程中，要求所使用的液位傳感器測量對象廣，測量精度高，具有良好的可靠性和實用性，并適用于液體具有腐蝕性和易燃易爆性等特殊環境中的測量。光纖傳感器具有體積小、重量輕、耐腐蝕、靈敏度高、抗電磁干擾、可遠程測量和易于復用的優勢，并且可以用于易燃易爆等危險場景。因此發展基于光纖傳感技術的大范圍連續液位測量方法具有十分重要的意義。

常見的光纖液位傳感器主要基于光纖內馬赫-曾德爾干涉結構(MZI)、光纖內法布里－珀羅干涉結構(FPI)以及光纖光柵結構。光纖光柵具有自參考能力，不受波動的光源水平和其他光噪聲的影響，且具有線性輸出、靈敏度高、動態范圍大、易于在單根光纖上復用的特點，因而受到廣泛的關注。

近些年將光纖光柵用于液位檢測的技術層出不窮，2014年10月在專利號為CN104089682A的專利中就公開了一種全光型光纖油罐液位檢測裝置，2018年4月在專利號為CN107941306A的專利中公開了一種改進型雙光纖光柵封裝的液位傳感器。可見光纖液位傳感方向還有很多技術細節值得去挖掘和研究，也顯示出工業上對液體液位檢測技術的需求。工業生產中液體原料液位的測量是液位檢測的重要應用領域。對于工業場景下的液位檢測，測量環境要求較高，而光纖液位傳感器具有無源、抗電磁干擾的特點，因此非常適用于工業應用中液位的測量。

2015年7月，在專利號為US 9074921 B1的美國專利中，公開了一種光纖光柵液位傳感器，該液位傳感器使用金屬線對全同弱反射光纖光柵陣列進行加熱調制，來測量液位高度。然而，金屬線的加熱效率不高、功耗較大，使得檢測過程中加熱調制的周期較長，不適用于對液位檢測實時性要求較高的領域。另外，由于金屬線的注入電流較高，對于易燃易爆液體，使用金屬線加熱存在著較大的安全隱患，因此金屬線不太適用于危險液體的檢測。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有光纖光柵液位傳感器不太適合在易燃易爆的危險液體中使用的問題，本發明提供了一種溫度檢測的光纖光柵液位傳感器，在保證測量精度和測量范圍的同時使其適用于易燃易爆的危險液體環境。

一種溫度檢測的光纖光柵液位傳感器，由碳纖維管、脈沖加熱控制器、信號解調儀與光纖布拉格光柵溫度傳感陣列構成。

所述碳纖維管與脈沖加熱控制器通過導線連接，作為加熱調制的熱源，碳纖維管接收脈沖加熱控制器發出的信號，被脈沖加熱控制器控制產生熱量并傳遞給與其外部并行貼附設置的光纖布拉格光柵溫度傳感陣列，對光纖布拉格光柵溫度傳感陣列進行周期性的循環加熱調制。碳纖維管加熱效率高、注入電流小，更適用于易燃易爆液體的液位測量。

所述光纖布拉格光柵溫度傳感陣列并行貼附于碳纖維管外部，一端連接信號解調儀；脈沖加熱控制器控制碳纖維管對光纖布拉格光柵溫度傳感陣列進行周期性的循環加熱。光纖布拉格光柵溫度傳感陣列周圍的介質吸收該激發熱量，由于液體與空氣的熱傳導特性的差異，液體與空氣在加熱調制過程中的吸熱速率不同。信號解調儀通過光纖布拉格光柵溫度傳感陣列，對氣體和液體的吸熱速率進行測量。

所述信號解調儀采集光纖布拉格光柵溫度傳感陣列反射的傳感信號，傳感信號被其解調，從而獲得不同高度介質的吸熱速率，從而確定液體與氣體交界面的位置，準確地確定液位高度。