[发明专利]一种基于扫频激光器解调的光纤干涉水位传感装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于扫频激光器解调的光纤干涉水位传感装置及方法，装置包括扫频激光器，激光器产生的激光经耦合器被分为两路，均由光纤传输，一路经过法珀标准具产生第一多光束干涉，另一路经过水压探头产生第二多光束干涉，通过解调第一多光束干涉和第二多光束干涉，获得水压探头内的水压值，根据压强与水位的关系，即可得到水位测量值；所述水压探头具有外壳、水压力应变片、法珀腔和法珀腔调整机构，水压力应变片与水直接接触，且与法珀腔调整机构相连；当水位改变时，水压力应变片感受水位变化，带动法珀腔调整机构移动，使法珀腔的腔长随之改变，使得激光在水压探头内产生第二多光束干涉。

技术领域

本发明涉及一种基于扫频激光器解调的光纤干涉水位传感装置及方法。

背景技术

高精度的水位传感器可用于监测各种水位的变化，例如监测城市河道水位情况，监测水库水位情况，监测海洋水位变化等。如果没有提前进行水位监测，当水位达到警戒线后，会造成城市洪涝、决堤、海啸等重大灾害，严重影响到人民的生命安全和经济财产安全，因此精确监测各种复杂的水位情况非常必要，高精度水位传感器的研制具有重要意义。

水位传感器一般有浮子式水位传感器、压力式水位传感器、光纤水位传感器等不同的分类，在公开的专利号为CN202974389U的中国专利中，提出了一种采用基准水位的浮子式水位计，该水位计采用机械结构传感器，需要有测井设备，难以操作，只适用于岸坡稳定、河床冲淤很小的低含沙量河段，局限性很大。在公开的专利号为CN204286550U的中国专利中，提出了一种能够进行气压补偿的压力式水位计，该水位计采用电路结构，包括信号采集、信号处理、供电单元等，整体电路结构复杂，传输距离有限，不能用于电磁干扰严重、腐蚀性强等恶劣环境下；在公开的专利号为CN204461547U的中国专利中，提出了一种光纤干涉水位传感器，利用光纤传感技术，构造迈克尔逊干涉结构，通过相位解调实现水位测量，但其只能进行动态水位变化的测量，无法实现静态水位的测量，在实际应用中具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于扫频激光器解调的光纤干涉水位传感装置，本发明利用标准具、法珀腔的干涉原理，得到相邻峰值间的频率间距与腔长的关系，并且标准具腔长固定为已知量作为参考，可以简单精确的解调出法珀腔的腔长，继而可以得到水位值，提高了解调精度。

本发明的技术方案为：

一种基于扫频激光器解调的光纤干涉水位传感装置，包括激光器，激光器产生的激光经耦合器被分为两路，均由光纤传输，一路经过法珀标准具产生第一多光束干涉，另一路经过水压探头产生第二多光束干涉，通过解调第一多光束干涉和第二多光束干涉，获得水压探头内的水压值，根据压强与水位的关系，即可得到水位测量值；

所述水压探头具有外壳、水压力应变片、法珀腔和法珀腔调整机构，水压力应变片与水直接接触，且与法珀腔调整机构相连；当水位改变时，水压力应变片感受水位变化，带动法珀腔调整机构移动，使法珀腔的腔长随之改变，使得激光在水压探头内产生第二多光束干涉。

进一步的，所述法珀腔调整机构采用与水压力应变片相连的滑动底座。

进一步的，所述法珀腔包括与所述滑动底座相连的反射镜，固定于外壳内设定位置的准直器，光束从准直器出射，在准直器断面和反射镜表面之间形成多光束干涉。

进一步的，所述水压探头还包括水密封件、外缆壳，水密封件设置在水压探头的光纤入口端，与外缆壳相连接，外缆壳与外壳同轴连接，并且外缆壳的内径大于外壳内径。

进一步的，经法珀标准具产生第一多光束干涉的光路还设置有第一光电探测器。

进一步的，经水压探头产生第二多光束干涉的光路还设置有三端口环形器和第二光电探测器，三端口环形器的一端口连接耦合器，二端口连接水压探头，三端口连接第二光电探测器。

进一步的，第一光电探测器的输出与第二光电探测器的输出同时与上位机解调系统相连。