[发明专利]一种基于端面反射耦合的光纤点式液位传感器

说明书

本发明公开了一种基于端面反射耦合的光纤点式液位传感器，属于光电传感器，主要用于对高低液位进行监测和离散液位的测量。所述传感器包括发射光纤束和接收光纤束，所述光纤束包裹在外壳内，光纤束与光纤束之间通过胶粘剂黏合；发射光纤束和接收光纤束的一端作为传感器探头，并斜剖成楔形端面；发射光纤束另一端作为光源入射端，接收光纤束另一端作为反射光探测端。通过接收光纤束与发射光纤束的侧面耦合，可以探测反射光功率的大小，进而获知探头的各个楔形端面处于何种介质中。本发明结构简单，易实现，可用于高温高压、易燃易爆等恶劣环境，具有高灵敏度、高精度等优点。

技术领域

本发明属于光电传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于端面反射耦合的光纤点式液位传感器，主要用于对高低液位进行监测和离散液位测量。

背景技术

目前光纤传感器由于其优良的安全性和抗干扰能力受到业界广泛关注，并应用于多个领域。在离散的点式液位测量方面，光纤传感器主要有以下几种。棱镜型光纤液位传感器利用受抑全内反射原理进行液位测量，当探头处于不同介质时，由于折射率不同，发生全内反射的光量不同，通过测量反射光功率便可知棱镜是否与液面接触，这种传感器需要将光纤与棱镜粘结在一起，工艺要求高，振动环境下存在断裂的风险；尖端反射式光纤液位传感器也是基于受抑全内反射原理，但其直接将单根或两根光纤头加工成圆锥形代替棱镜成为探头，该传感器加工难度高，难以保证重复性；泄漏式光纤液位传感器利用不同介质中泄漏的光功率不同来进行液位检测，但由于泄露式光纤多为塑料光纤，因此传感器的温度适应性差。

CN201510413938.0公开了一种基于散射原理的光纤点式液位传感器，其楔形端面的角度设置缺乏理论依据，需要试验确定，其原理的可行性存在疑问；并且该传感器检测多点液位时，需要多束光纤束，整体结构相对繁琐复杂。

发明内容

为了克服现有光纤点式液位传感器存在的问题，本发明设计了一种新型光纤点式液位传感器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于端面反射耦合的光纤点式液位传感器，所述传感器包括发射光纤束和接收光纤束，所述光纤束包裹在外壳内，光纤束与光纤束之间通过胶粘剂黏合；发射光纤束和接收光纤束的一端作为传感器探头，并斜剖成楔形端面；发射光纤束另一端作为光源入射端，接收光纤束另一端作为反射光探测端，楔形端面与待测液面相交。

进一步地，所述发射光纤束和接收光纤束均由同种型号的光纤集合而成，每根光纤包括纤芯和包层。

进一步地，所述发射光纤束的入射光束角为，其中，为单根光纤纤芯折射率，为光线在纤芯-液体分界面发生全反射时的临界角，为光线在纤芯-空气分界面发生全反射时的临界角。

进一步地，所述楔形端面的斜剖角度为和，以实现最大光强调制量；其中，为入射光束角，为单根光纤纤芯折射率，为光线在纤芯-空气分界面发生全反射时的临界角，为光线在纤芯-液体分界面发生全反射时的临界角。

进一步地，所述接收光纤束和发射光纤束光纤的分布形式可为平行分布和随机分布。

进一步地，所述光纤束由高反射率的金属外壳包裹。

进一步地，胶粘剂的折射率大于光纤包层的折射率。

进一步地，所述传感器探头包括多个楔形端面，形成多端面探头，每个楔形端面的斜剖角度相同，多个楔形端面平行设置，可在一个传感器上同时检测多个液位。

进一步地，发射光纤束的光源入射端设有发光元件；接收光纤束的反射光探测端设有光敏元件。

有益效果：