[发明专利]一种反射式螺旋形光纤液位传感器

说明书

本发明公开了一种反射式螺旋形光纤液位传感器,包括传感器固定座、接收光纤、若干根入射光纤和凹面反射镜；其特征在于:所述入射光纤呈螺旋形；所述传感器固定座的上部为实心体，传感器固定座的下部为空心体，所述实心体的中心沿轴向设置有接收光纤安装孔，在接收光纤安装孔外侧沿周向均匀设置有若干个入射光纤安装孔，所述接收光纤的后端和所有的入射光纤的后端分别通过接收光纤安装孔和入射光纤安装孔进入所述传感器固定座的空心体内；在传感器固定座的空心体内设置有凹面反射镜，该凹面反射镜位于所述入射光纤和接收光纤的后侧,本发明可广泛应用于各种液体的液位在线分布式测量。

技术领域

本发明涉及传感器，具体涉及一种反射式螺旋形光纤液位传感器。

背景技术

液位传感在燃料储存、工业生产等领域有着广泛的需求和重要的应用。目前关于液位的检测主要是基于电气、机械、超声波、光纤等技术研发的传感器。虽然电气、机械、超声波传感器测量结果的稳定性高，但测量过程会受到液位深度及工质参数的影响，同时传感器存在测量盲区，难适用于易燃易爆和腐蚀性强的液体液位检测。而光纤传感器具有抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀、使用寿命长、测量范围大、分辨率高、准确度高等显著优势，因此成为各类液体液位测量中最有前途的一类传感器。

目前光纤液位传感器主要包括光泄露式光纤液位传感器、侧面耦合式光纤液位传感器、光纤光栅式液位式传感器。光泄露式光纤液位传感器结构简单、检测范围大、强度解调、性价比高，是最具潜力应用到工程实践中的连续式光纤液位传感器。虽然光泄露式光纤液位传感器具有上诉诸多优势，但光泄露式光纤液位传感器往往需要将光纤包层或部分纤芯去除从而提升传感器检测灵敏度，增加了传感器制备工艺的复杂性、降低光纤机械性能与使用寿命；更为重要的是当光纤包层去除后，光纤纤芯直接暴露于液相中，会导致液相中的物质直接粘附在光纤纤芯表面、甚至扩散进入光纤纤芯内部，引起光纤光传输特性发生变化，导致传感器测量结果的重复性差、准确性低、使用寿命受限。此外，对于光泄露式光纤液位传感器，其测量结果还受到工质温度与折射率的影响，因此研究一种结构简单、灵敏度高、准确性高且不受被测液体折射率影响的光纤液位传感器十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种反射式螺旋形光纤液位传感器。

本发明的技术方案是：一种反射式螺旋形光纤液位传感器,包括传感器固定座、接收光纤、若干根入射光纤和凹面反射镜；其特征在于:所述入射光纤呈螺旋形；所述传感器固定座的上部为实心体，传感器固定座的下部为空心体，所述实心体的中心沿轴向设置有接收光纤安装孔，在接收光纤安装孔外侧沿周向均匀设置有若干个入射光纤安装孔，所述接收光纤的后端和所有的入射光纤的后端分别通过接收光纤安装孔和入射光纤安装孔进入所述传感器固定座的空心体内；

在传感器固定座的空心体内设置有凹面反射镜，该凹面反射镜位于所述入射光纤和接收光纤的后侧，所述凹面反射镜与入射光纤和接收光纤的尾端具有一定的间距。所述凹面反射镜固定在传感器底座上。

本发明所述的一种反射式螺旋形光纤液位传感器，传感部分包括呈螺旋形缠绕在固定支杆上的侧发光光纤即入射光纤，以及固定在固定支杆上的直线型侧发光光纤即接收光纤。入射光纤上端与光源耦合，下端对应凹面反射镜，接收光纤上端与光探测器耦合，下端与凹面反射镜中心对应。本发明采用螺旋形结构侧发光光纤作为传感单元制成光纤液位传感器，不仅不需要破坏光纤自身的结构，而且可以在不破坏线性度的条件下，因其螺旋形结构进一步增大传感器光损耗，从而提升传感器的灵敏度；本发明通过设置凹面反射镜可以有效缩小传感器体积，且可以避免传感器底端由于过度弯曲而损伤光纤以及引起测量结果非线性。

本发明的工作原理是：由光源入射的光经螺旋形输入光纤传输至凹面反射镜中心四周，光束在凹面反射镜内发生反射并汇聚至中心处由接收光纤接收并传输至光探测器，通过读取光探测器的接收光强变化信息即可获取液位高度的信息。

根据本发明所述的一种反射式螺旋形光纤液位传感器的优选方案，所述接收光纤和所有的入射光纤均采用侧发光光纤。