[实用新型]波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及属光电子测量技术领域，具体地说是一种波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器。

背景技术

在现代工业生产过程中，液位是指罐、塔、槽等容器以及自然界的河道、水库里存在的液体的堆积高度和表面位置。液位测量的目的是通过液位的测量确定容器里的液体的数量，以保证生产过程各环节液体平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据；在连续生产情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，对维持正常生产、保证产品的产量和质量、以及保障安全生产具有重要的意义。因此，液位测量是工业生产过程中的重要参量。在众多的测量方法中，压力法是一种根据液柱高度对该处产生的液柱压力间接确定液位的高度，参见《石油化工储运系统储罐区设计规范SH 3007-1999》。由于独特的电绝缘性赋予光纤Bragg光栅抗电磁干扰能力(EMI)和易燃易爆场合的本征安全性，光纤Bragg光栅液位传感技术发展起来了。

与本方案接近的文献参见张倩，乔学光，傅海威，贾振安，压力式光纤液位传感器，光通信技术，2007，31(5)：11～13。该方案中光纤Bragg光栅直接粘贴在波纹膜片上，因此，存在测量范围小、传感线性响应差和因膜片应变差异而导致的光栅啁啾等问题；同时，环境温度与外加压力会同时作用于粘贴在波纹膜片上的传感光栅，从而严重降低了压力的测量精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够精确测量静流体中液位的波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：本波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器由光纤Bragg光栅、波纹膜片、传递杆、等强度悬臂梁、引入引出光纤、固定座、密封环、保护筒组成；波纹膜片通过传递杆与等强度悬臂梁连接波纹膜片通过传递杆将变形传递给等强度悬臂梁，从而导致粘贴在等强度悬臂梁上的光纤Bragg光栅产生相应的Bragg波长移位，光纤Bragg光栅粘贴在等强度悬臂梁上；固定座用于固定等强度悬臂梁；波纹膜片固定于保护筒和密封环之间，引入引出光纤分别与两支串联的光纤Bragg光栅的两端联结，以实现传感光栅与信号处理装置光连接。

粘贴在等强度悬臂梁上下表面的两支光纤Bragg光栅串联。

本传感器测量压力的原理是：波纹膜片直接与液体压力环境相接触，传动杆将波纹膜片中心的变形转换为等强度悬臂梁的挠度，从而粘贴于悬臂梁表面的光纤Bragg光栅受应变调制而产生Bragg波长移位.波纹膜片和固定于保护筒形成了一个封闭腔，一方面保障了安装在腔内的传递杆和等强度悬臂梁只承受来自波纹膜片的压力作用；另一方面，该封闭腔也同时提供了一个温度稳定的局域环境，使得粘贴在等强度悬臂梁上下表面的两支串联的光纤Bragg光栅处于同一温度.根据这两支传感光栅对压力和温度的敏感差异，采用本领域内熟知的差动运算对温度波动干扰压力测量进行补偿，从而实现对因静液位而产生的压力测量.

本实用新型的有益效果是：由于光纤Bragg光栅是粘贴在等强度悬臂梁上，一方面避免了粘贴在波纹膜片上的光栅因膜片应变差异而引入的啁啾；同时，可通过选择悬臂梁的特征指标(比如：长度和厚度)来调整测量灵敏度和测量量程；此外，还能通过粘贴在等强度悬臂梁上下表面的传感光栅对压力和温度的响应敏感型，通过差动运算对温度波动干扰压力测量进行补偿，进而为压力测量提供了关键的温度修正数据，可得出较精确的压力数值。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

图中各标号依次表示：1、密封盖；2、引入引出光纤；3、保护筒；4、固定座；5、密封环；6、波纹膜片；7、传递杆；8、等强度悬臂梁；9、光纤Bragg光栅。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但实施例不是对本实用新型的限定。

如图1所示，本波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器包括：光纤Bragg光栅9、波纹膜片6、传递杆7、等强度悬臂梁8；波纹膜片6通过传递杆7将变形传递给等强度悬臂梁8，从而导致粘贴在等强度悬臂梁8上的光纤Bragg光栅9产生相应的Bragg波长移位；此外，本波纹膜片式光纤Bragg光栅液位传感器还包括：固定座4，用于固定等强度悬臂梁8；密封环5，与保护筒3共同固定波纹膜片6，引入引出光纤2分别与两支串联的光纤Bragg光栅9的两端联结。

以不锈钢材料为波纹膜片、等强度悬臂梁制成的弹性元件为例：

1.波纹膜片的尺寸如下：r₀＝35mm为波纹膜片的有效半径，h_d＝0.5mm为波纹膜片的厚度；