[发明专利]一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器

说明书

本发明公开了一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，以解决现有光纤液位传感器精度低、稳定性差的问题。该液位传感器包括光源、比较电路、由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，N根光纤的尾端为测量端；相邻两根光纤尾端端面之间的垂直距离均为x，x为需要达到的测量精度。本发明是通过光强度的突变位置确定液面位置，类似于数字式探测，测量精度主要由光纤分布间距决定,可消除光源能量抖动和外界扰动对测量的影响，受环境影响小，测量精度高，稳定性好。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器。

背景技术

液位传感器在工业、国防等领域具有非常重要的应用，目前最常用的液位传感器主要是超声波、雷达以及电子类传感器。这些传感器存在一个共同的缺点，即将电带进了测量现场，因此在强电磁干扰、易燃、易爆等场合无法使用。

光纤液位传感器利用对电绝缘的光纤作为信号传输介质，用光作为探测信号，因此探头端可以做到无电，特别适合油库等危险场合的液位探测。但是由于技术上的不成熟，目前光纤液位传感器测量精度比较低，解调难度大，系统稳定性差，限制了光纤液位传感器的实际应用。

发明内容

针对目前光纤液位传感器精度低、稳定性差的问题，本发明提出了一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器。

本发明的基本原理是：

本发明利用呈不同高度分布排列的光纤阵列，根据浸入液体的光纤所反射回的光强度远小于未浸入液体的光纤所反射回的光强度这一特点，当相邻两根光纤反射回的光强度发生突变时，此时对应的两根光纤中任意一根光纤尾端端面位置即为液面位置，光纤尾端端面距容器底部的高度即为液面高度。

本发明的技术方案为：

一种基于分布式光纤的长距离无源液位传感器，包括光源和比较电路；其特殊之处在于：

所述液位传感器还包括由N个波分复用器组成的波分复用器阵列和由N根光纤组成的光纤阵列；所述N个波分复用器的泵浦臂均与所述光源相连，N个波分复用器的信号臂均接入所述比较电路，N个波分复用器的合束臂与所述N根光纤的首端一一对应相连，所述N根光纤的尾端为测量端；

对所述N根光纤顺序编号，记为第一光纤、第二光纤……第N光纤；第二光纤尾端端面与第一光纤尾端端面之间的垂直距离、第三光纤尾端端面与第二光纤尾端端面之间的垂直距离……第N光纤尾端端面与第N-1光纤尾端端面之间的垂直距离均等于x(即相邻两根光纤尾端端面之间的垂直距离均为x)，所述x为需要达到的测量精度；

所述光源发出的光经波分复用器阵列耦合后进入光纤阵列，光传输至光纤尾端后一部分光信号被反射回光纤阵列，反射回的光信号经波分复用器阵列的信号臂传输至比较电路，比较电路获得光强突变所对应的光纤序号，从而得到液位高度信息。

上述光纤阵列中的光纤数量N由测量量程和测量精度决定，即N≥h/x，其中h为测量量程，x为需要达到的测量精度，N为整数。

为方便使用，上述液位传感器还包括用于固定所述N根光纤的光纤尾端的支撑板。

上述支撑板由金属材料、玻璃材料或有机材料制成。

上述光源是LED光源或激光器。

上述N根光纤为单模石英光纤、多模石英光纤、大芯径石英光纤、多组分玻璃光纤或塑料光纤。

上述光纤阵列和波分复用器阵列的合束臂采用熔接方式相连。

与现有光纤液位传感器相比，本发明具有以下优点：