[发明专利]一种开腔压差式光纤法珀液位传感器及其液位测量方法

权利要求书

1.一种开腔压差式光纤法珀液位传感器，其特征在于，该传感器包括单晶硅膜片（1）、圆管状的高硼硅玻璃套管（2）、圆柱形的D型高硼硅玻璃管（3）和光纤（4）以及由单晶硅膜片（1）、圆管状的高硼硅玻璃套管（2）、圆柱形的D型高硼硅玻璃管（3）和光纤（4）所构成的法珀腔（8），其中：所述单晶硅膜片（1）作为弹性膜片，用于感受压力；所述高硼硅玻璃套管（2）、D型高硼硅玻璃管（3）同时作为传感器的支撑结构和光纤（4）的容纳结构；其中：

高硼硅玻璃套管（2）和单晶硅膜片（1）贴紧；D型高硼硅玻璃管（3）与单晶硅膜片（1）非接触，D型高硼硅玻璃管（3）外径与高硼硅玻璃套管（2）内径相同；光纤（4）从D型高硼硅玻璃管（3）中穿过，D型高硼硅玻璃管（3）外侧具有一个与轴平行的平面，插入高硼硅玻璃套管（2）后，与D型高硼硅玻璃管（3）的轴平行的平面与高硼硅玻璃套管（2）内壁构成一个轴向的通孔（7）；通孔（7）使法珀腔（8）与外界连通；光纤端面与D型高硼硅玻璃（3）管端面持平；

所述光纤（4）的端面和单晶硅膜片（1）的内表面形成法珀腔（8）的两个反射面，光纤（4）与单晶硅膜片（1）的距离决定了单晶硅膜片不发生形变时法珀腔（8）的初始腔长（6）。

2.利用权利要求1所述的开腔压差式光纤法珀液位传感器的液位测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

经过光纤（4）输出的一部分光在光纤端面上发生第一次反射，形成反射参考光（9），其余部分光传播到单晶硅膜片（1）内表面上发生第二次反射，形成反射传感光（10）；

反射参考光（9）耦合到光纤（4）中，与反射传感光（10）叠加，形成干涉；

干涉信号中包含光程差信息，该光程差是对应腔长的2倍；当单晶硅膜片（1）上的液体压力发生变化时，单晶硅膜片（1）发生偏转，从而导致干涉信号的变化和法珀腔（8）腔长的变化；

依据液位与液压的关系式和液压与单晶硅膜片中心位置的形变量的关系式：

其中，表示液压，表示液体密度，表示重力加速度，表示液位高度度；表示单晶硅膜片中心位置的形变量，表示单晶硅膜片半径，表示单晶硅膜片厚度，表示泊松比，表示杨氏模量；

得到法珀腔腔长与单晶硅膜片中心位置的形变量的关系式为：

其中，表示初始腔长，表示液压作用下的腔长；、，，，，，均为已知，因此通过测量法珀腔腔长即得到液位信息。