[發明專利]一種點式光纖液位傳感器

有效

• 申請號: 202011474921.3
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112763024B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 王兆剛;王東禮;劉曉英;楊艷;寧佳晨;劉衛亮;史青
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292;G02B6/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種點式光纖液位傳感器，包括：殼體，包含中心通孔、空腔、側壁孔及安裝輔助結構；扁球頭光纖，包含扁球光纖頭和尾纖，穿過所述殼體中心通孔伸入所述空腔內，扁球光纖頭和尾纖都各自包含纖芯和包層；固定部件，用于將扁球頭光纖固定在殼體上。本發明采用扁球頭光纖，使得液體不再因表面張力作用吸附在光纖頭纖芯部位，而是通過重力和表面張力共同作用使其被快速轉移流至包層部位，進而大幅減少液位測量延遲時間，同時液位敏感部位尺寸減小到0.1mm以下，進而獲得高精度液位測量結果。

技術領域

本發明涉及液位測量技術領域，尤其涉及一種點式光纖液位傳感器。

背景技術

液位傳感器是化工行業中的一種常用儀表，廣泛應用于軍事和民用領域。

早期出現的液位傳感器為機械式，比如測量尺或磁翻板式，這種液位傳感器只能靠人為目測讀數，不便于液位信息自動化。而后發展的電學液位傳感器，較常見的包括電容式、微波式、壓差式、光電管式等等。一方面，對于很多化學品液位測量場合，電學傳感器漏電問題都會對測量安全造成威脅問題；另一方面，受敏感結構尺寸限制，現有測量方法的液位分辨精度幾乎不能夠達到0.5mm以下水平。

光纖液位傳感器是一種利用光纖的傳光特性以及它與周圍環境相互作用產生的各種調制效應，探測周圍液位信息的儀器。它與傳統電學液位傳感器相比，有以下主要優勢：兼具信息傳感及光信息傳輸于一身，抗電磁干擾，不放電、體積小、重量輕、精度高等優點。鑒于光纖液位傳感器具有如上技術優勢，非常適合用于化學液體介質的，目前各國已經在此方面積極展開研究。

點式光纖液位傳感器主要包含雙纖式和單纖式。雙纖式光纖液位傳感器主要有對射型和同向型。如于春和等人提出的“一種光纖液位傳感器及其測量方法”(CN201410532700.5)，采用兩根對射光纖黏貼在對液體壓力敏感的彈性圓片上的方法進行液位測量，該方法將兩根外徑125微米、纖芯直徑9微米在空間上對準難度非常大，且為了配合對準也使得液位傳感器整體尺寸非常大；Nemeth Frank A提出的“Multi-level fiber-optic liquid level sensing system”(US07418157)，采用兩根光纖和90度棱鏡構成液位傳感器，該方法基于菲涅爾反射原理，但是受棱鏡結構限制，傳感器尺寸遠遠大于光纖尺寸。因此，雙纖式光纖液位傳感器因其結構復雜、敏感結構較大等問題，導致傳感器精度不能達到100微米級(即光纖直徑尺寸級別)。單纖式液位傳感器具有結構簡單、尺寸小巧、精度高等優點。Kameswara Rao Lolla等人提出的“Fiber optic liquid level detector”(US13375834)，采用端面傾斜光纖和附著的透光介質層組成液體介質折射率敏感的點式液位傳感器。不過該方法形成的大斜平面結構，易受表面張力作用吸附待測液體，進而導致液位測量結果存在延遲甚至出錯誤報。

綜上，一方面，點式光纖液位傳感器敏感區域普遍為大平面結構，易被待測液體吸附導致液位測量結果存在延遲甚至出錯；另一方面，現有點式光纖液位傳感器敏感結構普遍大于光纖直徑尺寸，幾乎不能實現0.1mm的高液位測量精度。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種點式光纖液位傳感器，以解決現有點式光纖液位傳感器敏感區域易被液體吸附導致液位測量結果存在延遲甚至出錯，以及敏感結構過大導致液位測量精度不高的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種點式光纖液位傳感器，包括殼體、扁球頭光纖和固定部件；

殼體內加工有相互連通的空腔和中心通孔，扁球頭光纖穿過所述中心通孔伸入所述空腔內，扁球頭光纖通過固定部件固定在殼體上；

扁球頭光纖包含扁球光纖頭和尾纖，其中，扁球光纖頭包含扁球光纖頭纖芯和扁球光纖頭包層，尾纖包含尾纖纖芯和尾纖包層；扁球光纖頭纖芯的直徑不小于尾纖纖芯直徑的50％；