[发明专利]一种螺旋结构塑料光纤液位传感器

说明书

一种螺旋结构塑料光纤液位传感器，属于光纤传感技术领域。液位传感器由光源、U形塑料光纤、光纤固定夹具、螺旋结构塑料光纤探头、光电探测器、数据采集处理系统组成；U形塑料光纤的一端与光源相连，另一端与光电探测器相连，U形塑料光纤的两个臂由固定夹具固定来保证两臂平行，螺旋结构塑料光纤探头基于U形塑料光纤制备。本发明的螺旋结构塑料光纤液位传感器的液位测量范围为0～30mm。本发明所述的螺旋结构塑料光纤液位传感器具有制备工艺简单，结构紧凑，成本较低的特点。传感器的调制方式为强度调制，易于远程操作，能进行连续液位测量，分辨率较高。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种螺旋结构塑料光纤液位传感器。

背景技术

液位测量在洪水监测、石油燃料储备、化工生产、环境保护和国防工业等领域有着广泛的需求。目前，基于多种原理的液位传感器已可供选择。有机械浮子式、磁致伸缩式、电容式、电阻式、超声波式、雷达式和光纤式等多种测量方式。相比于其他测量方式，光纤液位传感器具有无电检测、抗电磁干扰、耐腐蚀和可远距离操作等独特优势，可为易燃、易爆、强腐蚀性等液体检测提供一种安全可靠的测量方案。

目前常见的光纤液位传感器大致可分为两类：1)连续液位测量型；2)离散液位测量型。大多数连续液位测量光纤传感器是基于单模石英光纤和波长调制方案，虽然精度较高，但传感探头制备工艺复杂且需要昂贵笨重的光谱仪进行测量，不满足市场廉价、测量方便的要求。为了实现结构简单，价格低廉的液位测量目的，基于多模塑料光纤和强度调制方案的离散液位测量光纤传感器得到了广泛的研究。如基于跑道螺旋结构塑料光纤液位传感器(如文献Ning.J,et al.A liquid level sensor based on a race-track helicalplastic optical fiber[J].IEEE Photonics Technology Letters,2017,29(1):158-160)，测量范围30mm，分辨率为1mm；基于微孔的塑料光纤液位传感器(Jaehee.P,etal.Plastic optical fiber sensor based on in-fiber microholes for levelmeasurement[J].Japanese Journal of Applied Physics,2015,54:028002)，测量范围50cm，分辨率为5cm；基于V槽结构的塑料光纤液位传感器(C.X.Teng,et al.Liquid levelsensor based on a V-groove structure plastic optical fiber[J].Sensor,2018,18(9):3111)，测量范围20mm，分辨率为2.5mm。

然而，由于上述液位传感器多为多点测量，而且相邻测量点间距有限，从而导致分辨率较低(通常大于1mm)，不能满足高精度液位测量的要求。因此，设计一种结构简单、价格低廉、分辨率高、连续液位测量的塑料光纤液位传感器具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单、成本低廉、分辨率较高且可对液位进行连续测量的塑料光纤液位传感器。

如图1所示，本发明所提出的液位传感器由光源1、U形塑料光纤2、光纤固定夹具3、螺旋结构塑料光纤探头4、光电探测器5、数据采集处理系统6组成；U形塑料光纤2的一端与光源1相连，另一端与光电探测器5相连，U形塑料光纤2的两个臂由固定夹具3固定来保证两臂平行，螺旋结构塑料光纤探头4基于U形塑料光纤2制备。

螺旋结构塑料光纤探头4的制备步骤如下：

步骤1：首先将直径为1～2mm的裸塑料光纤7沿轴向夹在上、下两个表面光滑且温度为80～90℃的矩形金属模具8之间，矩形金属模具8沿裸塑料光纤7轴向的长度为15～30mm；然后对上、下两个矩形金属模具同时施加垂直于光纤轴向的压力，在该压力的作用下，裸塑料光纤7发生形变，使得圆柱形结构的裸塑料光纤7在压制区形成了厚度为500～800μm的扁平形结构塑料光纤9；