[发明专利]保偏光纤布拉格光栅液位传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及测定液位高度的液位传感器。 

背景技术

液位传感器是用来检测液体高度的测量仪器，在许多方面有着重要的应用，如燃料存储系统，水位监测和一些化学反应过程监测等。目前，基于光纤传感原理的液位传感器大多是马赫曾德干涉式传感器、光纤布拉格光栅（FBG）式传感器、光纤长周期光栅（LPG）式传感器、分布式光纤光栅激光器、多模干涉式传感器。在研发的过程中发现：光纤长周期光栅式和马赫曾德干涉式液位传感器通常为透射式结构，实用化程度较低，且光纤长周期光栅的制作过程复杂、生产成本高；光纤布拉格光栅式传感器虽然稳定性较好，但是用于液位测量时需对光纤布拉格光栅进行腐蚀，降低了传感器的机械强度,或利用机械应变结构将液位变化转化为光纤布拉格光栅的波长漂移，这种传感器，测量范围小、温度交叉灵敏度高。与光纤布拉格光栅传感器比较，分布式光纤光栅激光器可以提高液位测量范围并消除温度交叉灵敏度，但是分布式光纤光栅激光器系统复杂，集成化程度低；无芯光纤的多模干涉结构简单，但光损耗较大。因此，均难以满足应用的需求。 

保偏光纤布拉格光栅液位传感器的基本传感原理是利用传动装置将竖直方向的力转变为对保偏光纤布拉格光栅的扭转，即把液位变化量转换为保偏光纤布拉格光栅的扭转量。当保偏光纤布拉格光栅发生扭转时，其内部传输的光的偏振态改变，导致其反射光谱的中心波长的能量会发生变化，因此，可以通过监测保偏光纤布拉格光栅能量的变化来测量液位的变化。目前还没有发现保偏光纤布拉格光栅液位传感器。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述光纤液位传感器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、测量范围大、实用性强的保偏光纤布拉格光栅液位传感器。 

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在浮标设置加工有齿条的传动杆，传动杆设置在横梁上，横梁上设置安装有齿轮的钢管，齿轮与传动杆上部的齿条啮合， 钢管与齿轮之间设置有轴承，钢管的端部设置有固定板，钢管内设置有保偏光纤布拉格光栅。 

本发明的保偏光纤布拉格光栅为：在保偏光纤上刻写有光栅，光栅的一个反射波长为1520～1620nm，光栅的另一个反射波长与一个反射波长的差为0～1nm。 

本发明的保偏光纤布拉格光栅为：在保偏光纤上刻写有光栅，光栅的一个反射波长最佳为1570nm，光栅的另一个反射波长与一个反射波长的差最佳为0.5nm。 

本发明采用在领结型保偏光纤上刻写的布拉格光栅，由于保偏光纤内部应力分布失衡引起的高双折射，导致反射谱会出现两个共振波长，这两个共振波长分别代表两个互相垂直的偏振模式，扭转力矩将引起保偏光纤布拉格光栅反射的两个偏着模之间耦合，表现为反射谱的两个共振波长能量的变化，而波长基本保持不变。将保偏光纤布拉格光栅封装在扭转装置中，然后利用传动装置将竖直方向的力转变为对保偏光纤布拉格光栅的扭转，即把液位变化量转换为保偏光纤布拉格光栅的扭转量，通过监测保偏光纤布拉格光栅反射谱共振波长能量的变化来测量液位的变化。这种结构的液位传感器与现有的光纤光栅液位传感器相比，灵敏度达到0.03dB/cm，对液位变化响应呈很好的重复性。本发明具有结构简单、测量范围大、实用性强等优点，可用于测量水、汽油、煤油等液体液位高度的液位传感器。 

附图说明

图1是发明一个实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。 

实施例1 

在图1中，本实施例的保偏光纤布拉格光栅液位传感器由钢管1、保偏光纤布拉格光栅2、齿轮3、传动杆4、轴承5、固定板6、浮标7、横梁8联接构成。