[发明专利]一种基于级联光纤光栅的液位传感器工作方法及装置

权利要求书

1.一种基于级联光纤光栅的液位传感器工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：金属外套管(3)的中部磨削出多个开口向外的凹槽(10)，具有一定深度的凹槽(10)处内形成感应膜(5)；光纤(1)上刻写至少两个光纤光栅(2)，光纤(1)穿过金属外套管(3)，使得光纤光栅(2)位于感应膜(5)处；

S2：光纤(1)拉紧，在金属外套管(3)的两端处光纤(1)与金属外套管(3)内壁胶粘固定；气囊(6)设在金属外套管(3)内并冲入气体使其膨胀，膨胀的气囊(6)将光纤光栅(2)紧压在感应膜(5)内壁；

S3：金属外套管(3)的两端通过密封圈(7)、密封槽(4)密封，外侧封帽(8)将装置密封，光纤(1)通过封帽(8)上的光纤孔(9)伸出装置与外联设备连接；

S4：液体压力作用在金属外套管(3)的外表面，感应膜(5)内外两侧产生压差从而发生较大形变，由于气囊(6)的挤压，光纤光栅(2)随感应膜(5)形变而产生应变，引起光纤光栅(2)反射中心波长的变化来测量液位；液体压力随着装置与液体上液面的距离发生变化，从而可实现液位的测量；

S5：液位测量范围动态调整的具体实施方法为：

S51：气囊(6)的初始压力为P1时，传感器的测量范围为H1到H2，则感应膜(5)内外两侧的压差为0到P，则P＝(H2-H1)ρg，ρ为测量液体密度，g为重力加速度；

S52：测量点深度增加ΔH，则传感器的测量范围变为(H1+ΔH)到(H2+ΔH)；为保证感应膜(5)内外两侧的压差为0到P，只需将气囊压力调整为(P1+ΔHρg)。

2.根据权利要求1所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器工作方法，其特征在于：通过改变所述金属外套管(3)的材料、感应膜(5)的厚度、气囊(6)的气压来调节该液位传感器探头的量程以及灵敏度。

3.根据权利要求1所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：包括光纤(1)、光纤光栅(2)、金属外套管(3)、密封槽(4)、感应膜(5)、气囊(6)、密封圈(7)、封帽(8)；

所述金属外套管(3)的两端各设有密封槽(4)，密封槽(4)的外围相配合地设有封帽(8)，封帽(8)上开设与光纤(1)相配合的光纤孔(9)，光纤孔(9)的孔壁与金属外套管(3)的内壁相切；所述金属外套管(3)的中部磨削出多个凹槽(10)，所述凹槽(10)内形成感应膜(5)；所述光纤(1)上刻写至少两个光纤光栅(2)，光纤光栅(2)均与感应膜(5)位置相对应；所述光纤(1)贯穿所述金属外套管(3)，所述气囊(6)设在金属外套管(3)内。

4.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：所述凹槽(10)的深度为h，所述感应膜(5)的厚度为t，所述金属外套管(3)的外径和内径分别为D和d，则感应膜(5)的厚度t为：

5.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：所述感应膜(5)的厚度t的范围为0.2mm-0.3mm。

6.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：所述凹槽(10)、感应膜(5)、光纤光栅(2)位置均相对应且个数相同，所述凹槽(10)的个数至少为两个。

7.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：所述光纤孔(9)的孔壁与金属外套管(3)的内壁相切，两相切圆为内切关系。

8.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：所述密封槽(4)设有密封圈(7)。

9.根据权利要求3所述的一种基于级联光纤光栅的液位传感器装置，其特征在于：多个所述的光纤光栅(2)采用级联方式。

10.根据权利要求3所述的一种集成多传感器的多轴增材制造智能控制系统，其特征在于：所述金属外套管(3)采用耐腐蚀金属材料。