一种基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电传感器技术领域，更具体地，涉及一种基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器，用于对设定液位监测点进行报警、指示等。
【背景技术】
[0002]利用光纤进行液位测量一直是近年来科学界研究的热门问题。研究精度高，分辨率高，安全性能好且抗干扰能力强的点式光纤液位传感器，能够满足飞机、轮船、汽车等交通工具的燃油液位测量以及燃油存储罐中的油位测量等需求，对液位测量技术的发展具有较大的推动作用。目前，用于液位测量的传感器有许多不足，例如，模式泄漏式光纤液位传感器采用两根光纤作差分处理，且需要在测量光纤的包层上进行侧刨损伤处理，这种方法对侧刨的机械加工程度要求较高，难以保证测量结果的一致性;另一种基于POF光纤宏弯的液位传感器，利用光的受抑制全内反射效应，即外界介质变化会影响某些光线无法在包层介质界面进行全反射，从而出射到外界介质中，信号容易产生漂移，稳定性差;尖端反射式光纤液位传感器也是利用光纤的受抑全内反射原理进行测量，将光纤头处理成两个对称的斜面，外界介质不同也会影响光的全反射程度，该方法对光纤端面处理程度要求较高，且重复性难以保证;将光纤端面熔融成球形敏感头的液位传感器，除去了一小段光纤的包层与纤芯，端面易受液体腐蚀，且难以进行机械加工。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器，利用塑料光纤的弯曲损耗特性，通过光纤外部介质的不同来测量液位高度，能对单个或多个液位进行监测告警，且结构简单，尺寸小，重量轻，灵敏度及可靠性高，适用于对设定液面高度进行报警、指示等。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种点式光纤液位传感器，其特征在于，包括光源、塑料光纤和信号处理电路;所述塑料光纤的发射端面与所述光源连接，所述塑料光纤的接收端面与所述信号处理电路连接，所述塑料光纤的发射端面和接收端面之间为光传输部，所述光传输部通过支架固定，其上形成有弯曲部，所述弯曲部裸露在外。
[0005]优选地，利用所述塑料光纤的弯曲损耗特性，在待测液面低于所述弯曲部的端面时，所述信号处理电路接收的光信号较强，在待测液面到达所述弯曲部的端面时，所述信号处理电路接收的光信号强度大幅减小，并呈现阶跃型跳变，据此判断待测液面是否到达所述弯曲部的端面，实现液位测量。
[0006]优选地，所述弯曲部为多个，用于实现多点液位测量。
[0007]优选地，所述信号处理电路包括光电转换电路、放大电路和数据采集电路，所述光电转换电路用于将由所述接收端面输出的光信号转换成电信号，所述放大电路用于将该电信号放大，所述数据采集电路用于将放大后的电信号转化为数字信号，通过分析该数字信号得到液位信息，实现液位测量。
[0008]优选地，所述弯曲部呈U型弯曲。
[0009]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:利用塑料光纤的弯曲损耗特性，不需要对光纤进行额外处理，无可动附件，结构简单，尺寸小，重量轻，信号处理简单，更进一步地，通过采用塑料侧发光光纤，由于其内部粒子散射特性，这种光纤本身就存在一定程度的传输损耗，将其进行弯曲又利用了其弯曲损耗特性，且输出结果呈现出阶跃特性，克服了信号的漂移，稳定性好且灵敏度高，能广泛用于对设定液面高度进行报警、指示等。
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例的基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器的结构示意图；
[0011]图2是本发明实施例的基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器的侧视图；
[0012]图3是本发明实施例的基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器进行单点测试的原理图；
[0013]图4是本发明实施例的基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器进行多点测试的原理图。
[0014]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:11-塑料光纤，111-发射端面，112-弯曲部，113-接收端面，12-法兰盘，13-空腔，14-盖板，15-螺母，16-电源通讯接口，17-螺母，21-支架，31-被测液体，41、42、43-弯曲部。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0016]如图1和图2所示，本发明实施例的基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器包括光源、塑料光纤11和信号处理电路;塑料光纤11穿过法兰盘12，其发射端面111和接收端面113设置在法兰盘12的一侧，其余部分设置在法兰盘12的另一侧，构成光传输部，光传输部通过支架21固定，其上形成有弯曲部112，弯曲部112裸露在外。光源、发射端面111、接收端面113和信号处理电路设置在空腔13中，空腔顶部的盖板14与空腔侧壁通过螺母15固定，空腔侧壁设有电源通讯接口 16，通过螺母17固定在空腔侧壁上。发射端面111与光源连接，接收端面113与信号处理电路连接。
[0017]如图3所示，用上述点式光纤液位传感器进行液位测量，传感器和盛有被测液体31的容器通过法兰盘12固定。当被测液体31未接触弯曲部112的端面时，光源发出的光由发射端面111进入塑料光纤11，经过弯曲部112后，由接收端面113输出至信号处理电路，此时，由于被测液体31未接触弯曲部112的端面，外界空气的折射率较小，弯曲部112处的光泄露较少，信号处理电路接收到的光信号较强。当被测液体31的液面高度缓慢上升至刚好接触弯曲部112的端面时，由于被测液体31的折射率较大，使得弯曲部112处的光泄露大幅增加，信号处理电路接收到的光信号强度大幅减小，并呈现阶跃型跳变，据此就能判断被测液体31是否接触弯曲部112的端面，从而判断被测液体31的液位状态，实现高低液位告警功能。
[0018]具体地，信号处理电路包括光电转换电路、放大电路和数据采集电路。由接收端面113输出的光信号经光电转换电路后变为电信号，该电信号被放大电路放大后被数据采集电路转化为数字信号，通过分析该数字信号得到液位信息，当然，也可以直接对模拟电信号进行分析得到液位信息。
[0019]弯曲部112用于增大光的泄露程度，由于塑料光纤11在被测液体31接触弯曲部112的端面前后输出的光信号强度有显著区别，呈现阶跃型跳变，能有效消除输出信号漂移对判断结果的影响。由于上述传感器利用塑料光纤的弯曲损耗特性实现液位测量，弯曲部112在满足测量要求的前提下，可以进行任意程度的弯曲。优选地，弯曲部112呈U型弯曲。
[0020]优选地，塑料光纤为塑料侧发光光纤，其本身就存在一定程度的传输损耗，将其进行弯曲又利用了其弯曲损耗特性，呈现更好的阶跃特性，灵敏度及可靠性高。
[0021]优选地，支架21为铝合金材质，其机械强度较大，能够满足抗震要求。
[0022]空腔顶部的盖板14起到保护光源和信号处理电路的作用，空腔13与光传输部采用一体化结构设计，这样做能有效节省空间，增强系统的可靠性。传感器采用RS485、CAN等通信方式，与上位机进行数据通信。
[0023]如图4所示，在本发明的另一个实施例中，光传输部上形成有多个弯曲部41、42和43，根据上述对传感器进行液位测量的原理可知，待测液体的液面经过每一个弯曲部的端面时，信号处理电路接收到的光信号强度都会产生阶跃型跳变，据此就能判断被测液体是否接触弯曲部的端面，根据塑料光纤的安装方式，就能判断被测液体的液位状态，实现多点液位检测。
[0024]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种点式光纤液位传感器，其特征在于，包括光源、塑料光纤和信号处理电路;所述塑料光纤的发射端面与所述光源连接，所述塑料光纤的接收端面与所述信号处理电路连接，所述塑料光纤的发射端面和接收端面之间为光传输部，所述光传输部通过支架固定，其上形成有弯曲部，所述弯曲部裸露在外。2.如权利要求1所述的点式光纤液位传感器，其特征在于，利用所述塑料光纤的弯曲损耗特性，在待测液面低于所述弯曲部的端面时，所述信号处理电路接收的光信号较强，在待测液面到达所述弯曲部的端面时，所述信号处理电路接收的光信号强度大幅减小，并呈现阶跃型跳变，据此判断待测液面是否到达所述弯曲部的端面，实现液位测量。3.如权利要求1或2所述的点式光纤液位传感器，其特征在于，所述弯曲部为多个，用于实现多点液位测量。4.如权利要求1或2所述的点式光纤液位传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括光电转换电路、放大电路和数据采集电路，所述光电转换电路用于将由所述接收端面输出的光信号转换成电信号，所述放大电路用于将该电信号放大，所述数据采集电路用于将放大后的电信号转化为数字信号，通过分析该数字信号得到液位信息，实现液位测量。5.如权利要求1或2所述的点式光纤液位传感器，其特征在于，所述弯曲部呈U型弯曲。
【专利摘要】本发明公开了一种基于弯曲损耗的点式光纤液位传感器。包括光源、塑料光纤和信号处理电路；塑料光纤的发射端面与光源连接，塑料光纤的接收端面与信号处理电路连接，塑料光纤的发射端面和接收端面之间为光传输部，光传输部通过支架固定，其上形成有弯曲部，弯曲部裸露在外。本发明利用塑料光纤的弯曲损耗特性，通过光纤外部介质的不同来测量液位高度，能对单个或多个液位进行监测告警，且结构简单，尺寸小，重量轻，灵敏度及可靠性高，适用于对设定液面高度进行报警、指示等。
【IPC分类】G01F23/292
【公开号】CN105547410
【申请号】CN201510901829
【发明人】葛俊锋, 华滨, 叶林, 龚英, 舒俊, 桂康
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月8日