[發明專利]一種基于級聯光纖光柵的液位傳感器工作方法及裝置

在審

• 申請號: 202110251767.1
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112964330A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 趙曉艷;陳金濤
• 申請（專利權）人: 河南渡盈光電科技有限公司
• 主分類號: G01F23/16
• 分類號: G01F23/16;G01B11/16
• 代理公司: 洛陽公信聯創知識產權代理有限公司 41190
• 代理人: 周會芝

一種基于級聯光纖光柵的液位傳感器工作方法及裝置，包括光纖、光纖光柵、金屬外套管、密封槽、感應膜、氣囊、密封圈、封帽；金屬外套管的兩端各設有密封槽，密封槽的外圍相配合地設有封帽，封帽上開設與光纖相配合的光纖孔，光纖孔的孔壁與金屬外套管的內壁相切；金屬外套管的中部磨削出多個凹槽，凹槽內形成感應膜；光纖上刻寫至少兩個光纖光柵，光纖光柵均與感應膜位置相對應；光纖貫穿金屬外套管，氣囊設在金屬外套管內。本發明的方法通過改變所述金屬外套管的材料、感應膜的厚度、氣囊的氣壓來調節該液位傳感器探頭的量程以及靈敏度。具有抗電磁干擾，信號傳遞傳輸距離遠和易于聯網等優點，更好地適應于在深井中測量深液位，準確高效。

技術領域

本發明屬于光纖光柵液位傳感器測量技術領域，具體一種基于級聯光纖光柵的液位傳感器工作方法及裝置。

背景技術

伴隨通訊技術的發展、成熟和產業化，光纖通訊成為通訊技術中心的關鍵的重要部分，圍繞光纖通訊的發展的光纖器件，光纖激光器都已經大量實現了產業化。最近，隨做人工智能及5G通訊的要求，光纖器件和光纖傳感器的需求日益增加，開發多功能化、集成化、智能化是光纖器件和光纖傳感器的的新的需求和方向。其中，光纖光柵是光纖器件中的一個重要的無源器件，基于光纖光柵開發的溫度、濕度、應力等光纖傳感器得到了廣泛的關注和研究。其中，光纖光柵的溫度和應變傳感器是在工程領域中應用最廣泛，技術最成熟的光纖傳感器。而在光纖液位傳感器方面，也有了較多的報道和文獻，例如現有的基于光纖光柵式的液位傳感器、基于壓力測量的光纖液位傳感器及其制備方法這些現有技術，但是在環境使用，深液位探測，壓力探測范圍中尚存在不足。

目前，深井液位測量中，主要采用電阻式液位計，其原理是利用待測點液體的壓力來改變傳感器電阻變化，從而導致電壓變化來測量液位。但電壓信號易受傳輸距離和電磁干擾等因素的影響，在導電液體中電阻式液位計易出現短路現象，造成誤報。

現有的光纖光柵液位傳感器，其原理是利用感應膜外側的液體壓力和內側的空腔壓力不同產生壓力差，導致感應膜發生彈性形變，帶動光纖光柵形變，引起光纖光柵反射中心波長的變化來測量液位。但這種液位傳感器量程和靈敏受感應膜的影響，大量程傳感器要求感應膜耐壓能力強，但對壓力感應不夠靈敏，降低了傳感器的靈敏度。相應的提高傳感器靈敏度又會減小其量程，無法適應深井等特殊場景的液位測量。

發明內容

有鑒于此，為解決上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種基于級聯光纖光柵的液位傳感器工作方法及裝置，具有大量程、范圍可動態調整、一體化、探頭式，以及抗電磁干擾，信號傳遞傳輸距離遠和易于聯網等優點，更好地適應于在深井中測量深液位，準確高效。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于級聯光纖光柵的液位傳感器工作方法，包括以下步驟：

S1：金屬外套管的中部磨削出多個開口向外的凹槽，具有一定深度的凹槽處內形成感應膜；光纖上刻寫至少兩個光纖光柵，光纖穿過金屬外套管，使得光纖光柵位于感應膜處；

S2：光纖拉緊，在金屬外套管的兩端處光纖與金屬外套管內壁膠粘固定；氣囊設在金屬外套管內并沖入氣體使其膨脹，膨脹的氣囊將光纖光柵緊壓在感應膜內壁；

S3：金屬外套管的兩端通過密封圈、密封槽密封，外側封帽將裝置密封，光纖通過封帽上的光纖孔伸出裝置與外聯設備連接；

S4：液體壓力作用在金屬外套管的外表面，感應膜內外兩側產生壓差從而發生較大形變，由于氣囊的擠壓，光纖光柵隨感應膜形變而產生應變，引起光纖光柵反射中心波長的變化來測量液位；液體壓力隨著裝置與液體上液面的距離發生變化，從而可實現液位的測量；

S5：液位測量范圍動態調整的具體實施方法為：

S51：氣囊的初始壓力為P1時，傳感器的測量范圍為H1到H2，則感應膜內外兩側的壓差為0到P，則P＝(H2-H1)ρg，ρ為測量液體密度，g為重力加速度；