本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用FBG串測(cè)量液位的裝置。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)70年代低損耗光纖的研制成功不但推動(dòng)了信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,同時(shí)也開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域-光纖傳感技術(shù)。由于該項(xiàng)技術(shù)的很多優(yōu)勢(shì),如非電檢測(cè),抗電磁干擾,可遠(yuǎn)傳,體積小、重量輕,便于形成智能材料和工程結(jié)構(gòu)結(jié)合等,不但在大多數(shù)場(chǎng)合下可替代傳統(tǒng)的電傳感器,還可以涉足極度惡劣場(chǎng)合,提供多參量的可靠檢測(cè)方法。

光纖傳感器由于具有很多優(yōu)點(diǎn), 并且與傳統(tǒng)傳感器相比具有一些不可替代的功能, 因而得到日益廣泛的應(yīng)用。響應(yīng)時(shí)間快、精度高、靈敏度高、分辨率高研究表明，光纖光柵的特征波長(zhǎng)對(duì)外界環(huán)境具有高度敏感的特性，而且在相同的環(huán)境下這個(gè)特征波長(zhǎng)還具有高度的一致性。因此用它制作的傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、靈敏度高和測(cè)量精度高的特性?？煽啃愿?、壽命長(zhǎng)、能進(jìn)行長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)光纖光柵傳感是一種光束波長(zhǎng)的數(shù)字檢測(cè)技術(shù)，不受光源強(qiáng)弱、光纖彎曲、連接損耗、探測(cè)器老化等因素的影響。因此不易受外界因素的干擾具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。每個(gè)光柵傳感器的反射波長(zhǎng)都不同，可實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用，進(jìn)行長(zhǎng)距離分布式測(cè)量。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于施工布設(shè)光纖光柵體積小、重量輕、纖細(xì)柔軟，容易制作成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳感器探頭，便于在現(xiàn)場(chǎng)施工。應(yīng)用范圍廣泛光纖光柵傳感器適用于惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金電力、煤礦、建筑、交通、地質(zhì)等行業(yè)。光纖傳感技術(shù)的防爆、無(wú)源、抗電磁干擾、防火、體積小、重量輕、復(fù)用性好、響應(yīng)速度快、易與光纖傳輸系統(tǒng)組成遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是在液體測(cè)量領(lǐng)域。

已有FBG液位測(cè)量方法是通過(guò)FBG制作出壓力傳感器，放置于容器中，通過(guò)壓力計(jì)算出液體高度，這種方法受限于分辨率低，本文設(shè)計(jì)了一種更為高靈敏度的FBG液位測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)引入FBG串（該種說(shuō)法見(jiàn)“基于弱反射FBG串的隨機(jī)分布反饋摻鉺光纖激光器”《光電子·激光》2015年第01期 作者：袁俊偉;董新永;王鹿鹿;朱磊），提高了測(cè)量分辨率，進(jìn)而提高了工程適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用FBG串測(cè)量液位的裝置，該裝置通過(guò)不同高度處壓力的變化，可以更精確的判斷和計(jì)算出液體的高度，進(jìn)一步提高測(cè)量分辨率和準(zhǔn)確率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：該種利用FBG串測(cè)量液位的裝置，其特征在于，包括若干柔性傳感器、光纖光柵、柔性載體、耦合器、寬帶光源和光譜儀, 各柔性傳感器通過(guò)串聯(lián)形成柔性傳感器串，柔性傳感器豎直放置于容器內(nèi)，將各柔性傳感器分別固定在容器內(nèi)，柔性傳感器串端部的一個(gè)柔性傳感器與耦合器連接，耦合器與寬帶光源和光譜儀分別連接；光纖光柵纏繞在柔性載體表面，柔性載體固定在柔性傳感器上，寬帶光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入纏繞在柔性載體的光纖光柵，光纖光柵的兩端通過(guò)粘接或焊接兩點(diǎn)式固定在柔性載體表面來(lái)測(cè)量載體的變形；每個(gè)不同高度處的光纖光柵反射一個(gè)不同的峰值波長(zhǎng)并經(jīng)過(guò)耦合器后進(jìn)入光譜儀，光譜儀分辨峰值波長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，寬帶光源為ASE光源或SLD寬帶光源。

進(jìn)一步地，寬帶光源發(fā)出的光源信號(hào)為通訊用C波段。

進(jìn)一步地，柔性載體是高分子柔性材料或軟質(zhì)的合金骨架材料支撐的支撐架。

綜上，本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

通過(guò)加入光纖光柵串來(lái)提高對(duì)壓力的靈敏度，并可以判斷出液體的有無(wú)，以及進(jìn)一步測(cè)量液體的溫度。通過(guò)柔性載體對(duì)壓力的敏感性以及串光柵的應(yīng)用，提高FBG的變化量及不同位置液位的分辨率，進(jìn)而測(cè)量液體的密度，并反推出液體的剩余量。這種測(cè)量設(shè)備體積小，測(cè)量點(diǎn)多，并有溫度分辨的功能，是理想的液位測(cè)量系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖中：

1柔性傳感器、2光纖光柵、3柔性載體、4耦合器、5寬帶光源、6光譜儀。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的特征和原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，所舉實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并非以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，該使用新型包括柔性傳感器1、光纖光柵2、柔性載體3、耦合器4、寬帶光源5和光譜儀6。

各柔性傳感器通過(guò)串聯(lián)形成柔性傳感器串，柔性傳感器豎直放置于容器內(nèi)，使得每個(gè)柔性傳感器都位于待測(cè)容器內(nèi)液體的不同深度。將各柔性傳感器分別固定在容器內(nèi)，防止柔性傳感器晃動(dòng)影響測(cè)量結(jié)果。柔性傳感器串端部的一個(gè)柔性傳感器與耦合器連接，耦合器與寬帶光源和光譜儀分別連接。光纖光柵纏繞在柔性載體表面，柔性載體固定在柔性傳感器上，寬帶光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入纏繞在柔性載體的光纖光柵，光纖光柵的兩端通過(guò)粘接或焊接兩點(diǎn)式固定在柔性載體表面來(lái)測(cè)量載體的變形。每個(gè)不同高度處的光纖光柵反射一個(gè)不同的峰值波長(zhǎng)并經(jīng)過(guò)耦合器后進(jìn)入光譜儀，光譜儀分辨峰值波長(zhǎng)。

寬帶光源5發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器4進(jìn)入纏繞在柔性載體3的光纖光柵2。寬帶光源5為ASE光源(放大自發(fā)輻射)或SLD寬帶光源。寬帶光源5發(fā)出的光源信號(hào)為通訊用C波段（頻率從4.0- 8.0GHz的一段頻帶）。

光纖光柵2纏繞在柔性載體3表面，光纖光柵2的兩端通過(guò)粘接或焊接兩點(diǎn)式固定在柔性載體3表面來(lái)測(cè)量載體的變形。柔性載體3是高分子柔性材料或軟質(zhì)的合金骨架材料支撐的支撐架。

每個(gè)不同深度位置處的光纖光柵2均反射一個(gè)不同峰值的波長(zhǎng)，該峰值波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)耦合器4后進(jìn)入光譜儀6，光譜儀6分辨出峰值波長(zhǎng)。

使用中，將各柔性傳感器1放置于容器內(nèi)，使得各柔性傳感器位于不同深度的液體內(nèi)，容器內(nèi)液體的壓力會(huì)使各柔性傳感器發(fā)生形變，形變會(huì)通過(guò)各柔性傳感器上的柔性表面?zhèn)鬟f給對(duì)應(yīng)的光纖光柵2上，這就會(huì)導(dǎo)致各光纖光柵的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化，并通過(guò)光譜儀讀出具體變化值，而這個(gè)變化值，則代表了液體的壓力。再通過(guò)液體壓力反推出液體的體積，通過(guò)體積變換，即可實(shí)現(xiàn)液體高度的測(cè)量。通過(guò)加入光纖光柵串來(lái)提高對(duì)壓力的靈敏度，并可以判斷出液體的有無(wú)，以及進(jìn)一步測(cè)量液體的溫度。通過(guò)柔性載體對(duì)壓力的敏感性以及串光柵的應(yīng)用，提高FBG的變化量及不同位置液位的分辨率，進(jìn)而測(cè)量液體的密度，并反推出液體的剩余量。這種測(cè)量設(shè)備體積小，測(cè)量點(diǎn)多，并有溫度分辨的功能，是理想的液位測(cè)量系統(tǒng)。

利用上述方法制作液位測(cè)量結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法的有源問(wèn)題，增加了測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度，簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)。此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。

上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)擴(kuò)入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。