一種準分布式光纖液位傳感器的裝置及其測量液位的方法與流程

2023-12-10 00:55:26 2

本發明涉及一種液位傳感器，具體是可以遠距離同時計量與監測多個不同位置液位的傳感器。

背景技術：

在石油化工、製糖、製藥、環境監測等場合，往往對液體液位有計量或監測需求，然而現有的計量與監測技術多為在近距離或現場取樣計量液體液位，這樣容易對人身安全造成威脅，影響生產過程，並且工作量大，如何提供一種可以遠距離同時計量與監測多個不同位置液位，並且具有鋪設靈活、結構簡單、多點同時計量、遠距離大範圍測量的液位傳感器顯的十分必要。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種適合於危險性場合的遠距離多個位置同時測量的液位傳感器。

本發明所採用的技術方案是：一種準分布式光纖液位傳感器的裝置，該裝置包括寬帶光源、波分復用器、光纖放大器、耦合器、環形器、一個或者多個感知條、兩個光電探測器、數據採集模塊、相關運算模塊、顯示模塊，寬帶光源通過光纖連接波分復用器，波分復用器通過光纖連接光纖放大器、光纖放大器通過光纖連接耦合器，耦合器通過光纖連接第一光電探測器，耦合器通過光纖連接環形器，第一光電探測器通過光纖連接數據採集模塊，數據採集模塊電信號連接相關運算模塊，相關運算模塊電信號連接顯示模塊，環形器通過光纖連接第二光電探測器，第二光電探測器通過光纖連接數據採集模塊、環形器通過光纖連接一個或者順序連接的多個感知條。

作為一種優選方式：每個感知條由多個等長度的光纖段等間隔排列然後通過網柵級聯固定構成，所有光纖段的中心線在一條直線上，網柵級聯固定是指成網狀結構固定，使外部物質可以進入光纖段的間隔之間的間隙中，這裡所述的外部物質是指待測液體和空氣。

作為一種優選方式：寬帶光源發出的光信號經過波分復用器後進入光纖放大器中放大，再通過耦合器把放大的光信號分成兩部分；一部分光信號進入第一光電探測器後被轉變成第一電信號，第一電信號被數據採集模塊採集後轉變成第一數位訊號，第一數位訊號被傳輸到相關運算模塊；另一部分光信號通過環形器後進入感知條中，在感知條中，由於光纖段間隙發生的菲涅耳發射效應，含有測量信息的光信號沿相反傳播方向經過環形器進入第二光電探測器轉變成第二電信號，第二電信號被數據採集模塊採集後轉變成第二數位訊號，第二數位訊號被傳輸到相關運算模塊，第一數位訊號和第二數位訊號在相關運算模塊做互相關運算，相關運算結果通過顯示模塊顯示，相關運算結果為感知條上各個間隙分別一一對應各相關峰的圖形，比對感知條處於空氣中和感知條處於待測液體中的圖形獲得處於待測液體中感知條間隙的個數，即獲得處於液體中的單位感知條刻度數k，利用公式待測液體深度為lk=k*（d+g），其中d為光纖段長度，g為間隙寬度。

本發明有益效果是：本發明主動引入並充分利用光纖斷面菲涅耳反射效應，結合互相關檢測技術實現數十千米數範圍的多個不同位置液位的同時遙測，具有傳感鏈路無源，本質安全，抗電磁幹擾；結構簡單，鋪設靈活；採用寬帶光源，計量精度達毫米數量級；可多個位置同時進行液位計量；能夠遠距離進行液位計量的優點。

附圖說明

圖1是本發明裝置結構示意圖；

圖2是感知條置於空氣中的相關運算結果示意圖；

圖3是部分感知條處於待測液體中的相關運算結果示意圖；

圖4是感知條結構設計示意圖；

圖5是圖4是a位置放大示意圖；

其中，1、寬帶光源，2、波分復用器，3、光纖放大器，4、耦合器，5、環形器，6、感知條，71、第一光電探測器，72、第二光電探測器，8、數據採集模塊，9、相關運算模塊，10、顯示模塊，11、光纖，12、間隔（間隙），13、包層，14、纖芯。

具體實施方式

如圖1所示，一種準分布式光纖液位傳感器的裝置，該裝置包括寬帶光源、波分復用器、光纖放大器、耦合器、環形器、一個或者多個感知條、兩個光電探測器、數據採集模塊、相關運算模塊、顯示模塊，寬帶光源通過光纖連接波分復用器，波分復用器通過光纖連接光纖放大器、光纖放大器通過光纖連接耦合器，耦合器通過光纖連接第一光電探測器，耦合器通過光纖連接環形器，第一光電探測器通過光纖連接數據採集模塊，數據採集模塊電信號連接相關運算模塊，相關運算模塊電信號連接顯示模塊，環形器通過光纖連接第二光電探測器，第二光電探測器通過光纖連接數據採集模塊、環形器通過光纖連接一個或者順序連接的多個感知條。每個感知條由多個等長度的光纖段等間隔排列然後通過網柵級聯固定構成，所有光纖段的中心線在一條直線上，網柵級聯固定是指成網狀結構固定，使外部物質可以進入光纖段的間隔之間的間隙中。寬帶光源發出的光信號經過波分復用器後進入光纖放大器中放大，再通過耦合器把放大的光信號分成兩部分；一部分光信號進入第一光電探測器後被轉變成第一電信號，第一電信號被數據採集模塊採集後轉變成第一數位訊號，第一數位訊號被傳輸到相關運算模塊；另一部分光信號通過環形器後進入感知條中，在感知條中，由於光纖段間隙發生的菲涅耳發射效應，含有測量信息的光信號沿相反傳播方向經過環形器進入第二光電探測器轉變成第二電信號，第二電信號被數據採集模塊採集後轉變成第二數位訊號，第二數位訊號被傳輸到相關運算模塊，第一數位訊號和第二數位訊號在相關運算模塊做互相關運算，相關運算結果通過顯示模塊顯示，如圖2和圖3所示，相關運算結果為感知條上各個間隙分別一一對應各相關峰的圖形（箭頭），比對感知條處於空氣中（長箭頭說明處於空氣中）和感知條處於待測液體中的圖形（短箭頭對應處於待測液體中，長箭頭對應處於空氣中）獲得處於待測液體中感知條間隙的個數k，即獲得處於待測液體中的單位感知條刻度值lk，利用公式待測液體深度lk=k*（d+g），其中d為光纖段長度，g為間隙寬度。

如圖4和圖5所示，用一系列等長度的光纖段沿中心線等間隔放置（所有光纖段的中心線在一條直線上），並通過外部網柵級聯固定構成，形成許多間隙用於產生一系列菲涅耳反射，一個間隙對應一個菲涅耳反射。例如：光纖段等長度為d0=d1=d2=...=dm-1=d=1.5mm且間隙等寬度為g0=g1=g2=...=gm-1=g=0.5mm，因而感知條等刻度為l=d+g=2.0mm，m為感知條刻度總個數，m=100，所以，感知條等刻度為2mm，量程為20cm。如果測量獲得待測液體中短刻度的數量為k=25，則待測液體的深度為lk=25*2=50mm。