[发明专利]一种偏双芯光纤液位计

说明书

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种偏双芯光纤液位计。一种偏双芯光纤液位计，由偏双芯光纤纤芯(6)(形成干涉仪的液位测量探头)，单波长光源(1)、单芯光纤(2)、耦合器(3,8)、光纤调制器(4)、双芯光纤输入/双芯光纤输出器件(5)、光电探测器(9)、相位调制解调系统(10)以及待测液体(7)构成。所述液位测量采用的偏双芯光纤，两纤芯呈现非对称分布，一根纤芯位于光纤端面中心，一根偏离光纤端面中心。本发明由于双芯光纤两纤芯的非对称分布，使得液位对偏双芯光纤中的两根纤芯形成不同的相位调制，从而通过相位调制解调电路既可得出对应的液位。本发明成本较低，制作方便，全光纤传感，抗干扰强，传感探头布置简单。

(一)技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种偏双芯光纤液位计。

(二)背景技术

液位测量在众多领域有着广泛的需求，如石油燃料储备、冶金工业、化工生产。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。由于光纤式液位传感器电光分离，使得它具有无电检测、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。

随着光纤技术的发展，近年来，越来越多的光纤液位传感器被提出，目前对于光纤液位传感器的研究主要有光纤微弯液位传感器、光纤F-P腔液位传感器、光纤光栅液位传感等，如专利一种螺旋结构塑料光纤液位传感器(专利号CN201910546128.0)，所述的螺旋结构塑料光纤液位传感器，虽能进行连续液位测量，分辨率较高，但存在测量范围较短的问题，如温度自补偿式光纤液位传感器(专利号CN201110048817.2)，虽能自动抑制环境温度带来的干扰，但存在着结构过于复杂等问题，如专利光子晶体光纤液位传感器及其形成的传感系统(专利号CN201010518132.5)，利用单模光纤、光子晶体光纤和反射膜所构成的光纤迈克尔逊干涉仪来实现液位传感，其传感距离短，成本高昂，如专利基于光时域反射技术的塑料光纤液位传感器及测量方法(专利号CN201510795296.5)，虽传感器量程大、精度高、分辨率高，但存在着宏弯曲半径的S型结构制造相对较复杂等问题。

因此，设计一种结构简单、价格低廉、分辨率高、连续液位测量、测量范围大、自动抑制环境温度干扰的光纤液位传感器具有重要的意义。

(三)发明内容

为了解决上述的问题，本发明是通过以下方案来实现：

一种偏双芯光纤液位计，由偏双芯光纤(两根纤芯分别形成干涉仪的液位测量探头)、单波长光源、单芯光纤、耦合器、光纤调制器、双芯光纤输入/输出器件、光电探测器、相位调制解调电路构成。其特征在于液位测量采用偏双芯光纤，两纤芯呈现非对称分布，一根纤芯位于光纤端面中心，一根偏离光纤端面中心，光源发出的光经单芯光纤至耦合器分成两路，一路由光纤调制器对光纤进行调制后接入双芯光纤输入/输出器件，一路直接接入双芯光纤输入/输出器件，双芯光纤输入/输出器件的输出接偏双芯光纤，作为干涉仪的液位测量探头，干涉仪的液位测量探头分布于液体中，根据不同需求设计成不同干涉仪，偏双芯光纤由耦合器得到干涉信号，干涉信号经光电探测器将光信号转化为电信号，最后由相位解调电路对电信号进行相位解调得到液位与相位的关系，进而测出所需液位。

光纤调制器可为光相位调制型与光频率调制型，作用于干涉仪的一根传感臂上，根据不同的解调方案选择不同的光纤调制器。

双光纤输入/输出器件根据偏双芯光纤的位置进行设计，输入为两根单芯光纤，输出为偏双芯光纤，纤芯间隔离，串扰低于-45db。

为了增加液位计灵敏度，可对现有偏双芯光纤靠近偏芯一侧的包层进行抛磨，也可对现有偏双芯光纤进行腐蚀，减小光纤包层的半径；对偏双芯光纤进行设计，使得偏双芯光纤中的偏芯靠近包层。

偏双芯光纤作为传感探头，将其分布于待测液体中，为了提高液位计灵敏度，可对液体中偏双芯光纤的分布进行优化，如螺旋分布。