一种新型微槽聚合物光纤液位传感装置的制作方法

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于微槽结构高分辨率的聚合物光纤液位传感装置。

背景技术：

液位传感器应用环境一般较为复杂，经常需要在高压、低温、强电磁干扰等复杂环境下测量，且其应用范围广，例如监测飞机燃油系统液位、监测液体原料或制品的存储和运输过程中的液位等，因此要求液位传感器适应能力较强。例如传统的电子类液位传感器，对电缆中的干扰和寄生电容很敏感，所以精度较差，易受干扰，会严重影响测量结果；传统的电阻式液位计测量精度受液体污染的影响较大，而且探针的污染和沉积物，会导致错误的输出结果，并且在直流工作时会产生电解，以致响应速度慢。

相比于以上两种传统传感器，光纤液位传感器的优点有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强，可以在极为恶劣的环境下使用。另外光纤液位传感器还具有结构简单、方便安装、体积小、重量轻等优点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，克服背景技术存在的不足，提供一种新型的，可高精度测量的聚合物光纤液位传感装置，其根据微槽内不同液位高度可以影响光纤中光功率的传输损耗，以实现液位传感。

上述的技术问题通过以下的技术方案实现：

一种新型微槽聚合物光纤液位传感装置，其结构有半导体激光器1、第一光纤耦合器2、光纤传感头3、第二光纤耦合器4、光电探测器5和数字示波器6；其特征在于，所述的光纤传感头3是一段具有微槽结构的阶跃多模聚合物光纤，每个微槽的深度为50um，宽度为50um，所有微槽均处于所述的阶跃多模聚合物光纤的一条母线上，相临两个微槽的中心距离为250um，所述的阶跃多模聚合物光纤的外直径为1mm，包层厚度20um，纤芯直径为960um；其中，半导体激光器 1通过光纤与第一光纤耦合器2相连，第一光纤耦合器2与光纤传感头3的一端相连，光纤传感头3的另一端与第二光纤耦合器4连接，第二光纤耦合器4与光电探测器5的输入端连接，光电探测器5的输出端与数字示波器6连接。

本实用新型中，所述的光纤传感头3中微槽的数量优选40个。

本实用新型有以下有益效果：

1、本实用新型适用范围广，可以在15℃～70℃范围内，不受温度的影响。

2、本实用新型可以对很小的液面变化产生线性响应，精度高。

3、本实用新型的光纤传感头结构简单，体积小，重量轻，分辨率高，最高达到200μm。

附图说明：

图1为本实用新型一种新型微槽聚合物光纤液位传感装置的结构示意图。

图2为本实用新型一种新型微槽聚合物光纤液位传感装置的光纤传感头的轴向切面示意图。

图3为本实用新型的光功率损耗随液位高度变化的关系曲线图。

图4为本实用新型的测量结果随温度变化的曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明

实施例1光纤传感头

取一段10cm长的阶跃多模聚合物光纤，该聚合物光纤由日本三菱公司生产, 型号为ESKA-CK40,光纤的外直径是1mm,纤芯直径是960μm,纤芯由聚甲基丙烯酸甲酯构成,纤芯折射率为1.492,包层厚度是20μm,包层由氟树脂构成,包层折射率为1.417,数值孔径NA＝0.467,传输损耗是200dB/km。使用中心波长为800nm、脉冲宽度为110fs、重复频率为1kHz的飞秒激光器沿所选用的10cm聚合物光纤的一条母线的中间1cm长度范围内均匀加工间隔为200μm的微槽40个，每个微槽深度和宽度均为50μm，微槽的轴向切面图如附图2。

实施例2整体结构

装置的整体结构如图1所示，半导体激光器1通过光纤与第一光纤耦合器2 相连，第一光纤耦合器2与光纤传感头3的一端相连，光纤传感头3的另一端与第二光纤耦合器4连接，第二光纤耦合器4与光电探测器5的输入端连接，光电探测器5的输出端与数字示波器6连接。将光纤传感头3用夹具固定后放入玻璃容器中，光纤传感头垂直于玻璃容器中的液面，且当玻璃容器中的液面发生变化时，要保证光纤传感头3不能移动或倾斜。

实施例3测量液面

按附图1连接好实验装置，半导体激光器1输出激光，将初始光功率电压值设置为62mV,光信号通过第一光纤耦合器2进入光纤传感头3中，向放有光纤传感头3的玻璃容器内不断加入蒸馏水，借助一个显微镜精确记录液位高度，保证每次加入蒸馏水后液面高度增加200μm。由于蒸馏水的折射率(n＝1.33)大于空气折射率(n＝1)，当微槽被蒸馏水覆盖后因槽内介质折射率发生变化，进而影响通过刻槽的光信号的光功率。光功率改变后的光信号通过第二耦合器4输出到光电探测器5，光电探测器5将光信号转变成电信号后由数字示波器6记录每次液位变化时的电压值，以此来实现传感液位的目的。最后将得到的数据汇总绘制成光功率损耗随液位高度变化的曲线，如附图3,图中液位高度为蒸馏水与传感头3底端的相对高度。由附图3可以看出，随着加入蒸馏水的水位的升高，本实用新型的光功率的损耗随着液位的升高而降低。

实施例4温度影响

将实施例中所用的液体由蒸馏水换成甘油浓度为60％的混合溶液(n＝1.42)，并将液位保持在可以覆盖所有刻槽的高度，同时在玻璃容器底部放一加热平台，来改变容器内蒸馏水温度，观察每次液位变化时的电压值，绘制温度对微槽塑料光纤液位传感器的影响曲线，如附图4。由附图4可以看出，当温度在15℃～70℃范围内变化时，光功率的损耗几乎没有发生变化，说明本实用新型的传感特性不易受温度的影响。