[实用新型]基于OFDR的空心光纤连续液位传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，更具体而言，涉及一种基于OFDR(光频域反射技术)的空心光纤连续液位传感装置。

背景技术

本实用新型主要应用在石油化工以及飞机储油罐等易燃易爆应用中的连续液位测量。传统电子或机械式液位传感器在在易燃易爆环境中液位监测受限，光纤液位传感器具有防燃防爆的优势更加适合于石油化工及飞机燃油等液位监测。

目前，光纤连续液位传感器主要有四类：基于全光纤干涉仪的光纤液位传感器，该传感器是通过解调待测液体浸没传感结构时传感结构内部干涉谱来实现液位测量，测量精度高，但是重复性不高，测量范围十分有限，通常只有几个厘米；基于光纤光栅等传感结构的波长调解方式，将光栅固定在例如机械浮子等结构上，液位上升引起机械浮子发生形变并作用在光纤光栅上，使得光纤光栅反射的波长发生改变，从而对波长解调实现液位监测，该方法需要外部机械结构，测量结果可靠性不高；基于反射式或者透射式强度解调的光纤液位传感器，通过制作一些特殊的结构，使得待测液体作用在该结构上时反射光或者透射光发生改变，从而实现液位监测。该方法精度不高，量程有限，传感结构不稳定导致测量结果不准确；检测后向反射信号的光纤液位传感器，例如基于OTDR(光时域反射技术)的光纤液位传感器。由于OTDR能对光纤沿线进行定位和损耗测量，因此当待测液体作用在光纤上时会改变该位置处的光的后向反射信号，通过对反射信号的检测实现液位监测，该方法的测量范围大，但是精度很低，普遍在米级别。

因此，在石油化工以及飞机储油箱等应用中迫切需要一种量程大、精度高、稳定性好的光纤连续液位传感装置。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于OFDR的空心光纤液位传感器。本实用新型采用OFDR技术使用空心光纤作为传感头，利用OFDR技术对空心光纤沿线的后向反射光信号进行检测，从而实现连续液位监测。该传感器测量范围大、精度高、重复性好、可靠性高。特别适用于石油化工以及飞机储油箱液体液位的监测。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

提供一种基于OFDR的空心光纤连续液位传感装置，包括线性扫频激光器、光纤分束器、光纤环形器、空心光纤、光纤耦合器、光电探测器、数据采集卡和计算机；其中：

所述光纤分束器将所述线性扫频激光器输出的扫频激光分为两路，一路为信号光，另一路为参考光；信号光进入所述光纤环形器，参考光进入所述光纤耦合器；

所述空心光纤通过单模光纤与所述光纤环形器连接，信号光通过单模光纤进入该空心光纤，所述空心光纤放置在盛放待测溶液的容器中，感知液位变化；信号光在该空心光纤上产生后向散射信号，并沿路返回至单模光纤；

光纤环形器，将单模光纤中的后向反射信号光导入所述光纤耦合器，后向反射信号光与参考光在所述光纤耦合器处发生拍频干涉，产生拍频干涉信号；

所述光电探测器，与所述环形器连接，将所述拍频干涉信号转化为电信号；

所述数据采集卡通过多通道同时采集电信号中的拍频干涉信号；

所述计算机与所述线性扫频激光器、所述数据采集卡进行数据通信，并发送数据到下位机。

接上述技术方案，所述线性扫频激光器的扫描范围为1520nm-1630nm，扫频速度2nm/s-2000nm/s。

接上述技术方案，所述光纤分束器将所述线性扫频激光器输出的扫频激光分为50：50两路。

接上述技术方案，所述空心光纤包括空心纤芯、包层和涂敷层。

接上述技术方案，所述空心光纤为多模阶跃型石英玻璃光纤。

连续液位传感装置连续液位传感装置与现有技术相比本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型提出了一种基于OFDR技术的空心光纤连续液位传感装置，采用特制空心光纤作为传感头。利用空心光纤的损耗特性，实现连续液位测量。本实用新型连续测量范围大于100米，精度优于0.1mm，响应速度快。可实现100米范围内高精度连续液位实时测量。特别适用于石油化工以及飞机储油罐等易燃易爆应用中的连续液位高精度测量。

附图说明

下面通过附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的连续液位测量结构原理图；

图2为空心光纤结构图；

图3为待测液位浸没一段空心光纤时的液位示意图；

图4为空心光纤连续液位测量判据示意图；

图5为空心光纤浸没一段后的测量结果频谱图；