專利名稱：模式泄漏式光纖液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液位檢測計(jì)，特別涉及一種模式泄漏式光纖液位計(jì)。
背景技術(shù)：
光纖傳感器產(chǎn)業(yè)是一門新興產(chǎn)業(yè)，受到業(yè)界高度的重視。我公司在對市場的調(diào)研基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，我國各地的加油站普遍存在貯油罐的監(jiān)測與管理卻很落后問題。是由于防爆問題和監(jiān)測管理設(shè)備昂貴所造成的，所以目前很多加油站均采用人工目視的方法對貯油罐進(jìn)行監(jiān)測和管理。

發(fā)明內(nèi)容
為解決加油站貯油罐液位的監(jiān)測和管理，本發(fā)明提供一種價(jià)格低廉并適用于加油站臥式貯油罐的模式泄漏式光纖液位傳感器。
本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器，所述模式泄漏式光纖液位傳感器由并列的兩根反折成開口曲別針形或燒瓶形的光纖組成，一根是測量光纖，一根作為參考光纖，在所述測量光纖的開口曲別針形或燒瓶形一直線段的包層上做損傷處理的光泄漏段，所述兩根光纖頭尾均設(shè)置光纖接頭。
本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器，在所述光泄漏段套有密封透明管套，其中充滿參考液體。
本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器，所述測量光纖和參考光纖下部的半環(huán)形直徑大于等于8倍光纖直徑。
本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器，價(jià)格低廉、無移動件、使用可靠、測量精確、特別適合于各種油料儲存設(shè)備使用，加有參考液體的傳感器具有更廣泛的應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器第一方案的示意圖；圖2是本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器第二方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步闡述本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例作更詳盡的說明。
本發(fā)明的基本工作原理是將光纖經(jīng)過特殊處理后，光纖傳光特性發(fā)生變化。變化的基本理論是模式耦合，由于光纖一側(cè)的包層經(jīng)過損傷處理，也就是光纖的導(dǎo)光體3與被測的液體產(chǎn)生互相耦合，這就產(chǎn)生了光能從一種模式耦合到另一種模式，使光能在各種模式間的分配趨于相等，達(dá)到動態(tài)平衡，為達(dá)到新的動態(tài)平衡模式需要一定的時(shí)間，因此液位測量其值反應(yīng)速度較慢。首先傳光特性受外界液體不同的折射率而向外散射的光量不同，也即是光損失量不同，其次傳光特性還受侵入液體的深度不同而發(fā)生變化。
當(dāng)受損傷的光纖沒有浸入液體時(shí)，其包層是空氣，由于空氣的折射率n0＝1，空氣相當(dāng)于光纖的包層因而光能不損失。而與汽油、柴油、或其它輕質(zhì)油相接觸時(shí)，也就是光纖浸入被測的液體時(shí)，由于折射率發(fā)生很大的變化，其耦合模式也發(fā)生很大的變化使光能在各種模式間的分配趨于相等，達(dá)到新的平衡。因此光能的損失將隨著液位的變化而不斷的產(chǎn)生很大的變化。
一束光從一種介質(zhì)(折射率n？)入射到第二種介質(zhì)(折射率n2)中，根據(jù)Snell定律，入射角θ1與折射角θ2滿足如下關(guān)系式n1Sinθ1＝n2Sinθ2----------(1)與入射面平行和垂直的反射系數(shù)由Fresnel公式表示式(1)rp＝-tg(θ1-θ2)/tg(θ1+θ2)------------(2)rs＝-Sin(θ1-θ2)/Sin(θ1+θ2)----------(3)光的反射率為R＝(rp2+rs2)1/2----------(4)光的反射強(qiáng)度為IR＝rp2Iop+rs2Ios----------(5)Io＝Iop+Ios為入射光強(qiáng)，腳標(biāo)ps分別代表偏振面與入射面相平行與垂直的分量。
對于選定的光纖，其n1為定值、θ1也為定值，它接觸到不同折射率的液體時(shí)，由式(1)式n2＝n1Sinθ1/θ2，對于式(2)(3)的θ2決定於n2。因此n2取不同的值，直接決定了IR的值。利用這種原理測量反射光強(qiáng)就可以測量各種不同液體的濃度，只要將光纖傳感器的端部處理好就是光纖濃度計(jì)(詳見光纖濃度計(jì)的文獻(xiàn))。我們目前設(shè)計(jì)的光纖液位計(jì)是利用隨著光纖處于液體的深度不同，也就是光纖測桿在空氣中和在液體中的比例不同，其折射到液體光強(qiáng)和折入氣體光強(qiáng)不同的原理而制造的光纖液位計(jì)。
圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施例。利用并列的兩根光纖，一路為測量光纖1，另一路為參考光纖2。兩根光纖各自折彎成開口曲別針形或燒瓶形，其下部半環(huán)段10直徑大于等于8倍光纖直徑。參考光纖2不做任何處理而測量光纖1一側(cè)作損傷處理，形成光泄漏段5，塑料光纖是由導(dǎo)光體3和包層4組成，損傷處理僅僅是對包層4，不要傷及導(dǎo)光體3，實(shí)際上就是破環(huán)包層4的完整，損傷應(yīng)均勻。這里的損傷處理可以是機(jī)械方式(如機(jī)械產(chǎn)生裂縫或研磨、刀抓傷)，也可以是化學(xué)處理方式(如氰氟酸中腐蝕)。兩根光纖兩頭都有光纖接頭6、7、8、9，以便和連接激光器和探測器的光纖連接。
前面理論分析過，經(jīng)過損傷處理過的光纖其輸出值將與液位的變化成比例。光泄漏段5的長度應(yīng)大于液面變化的范圍。
單用測量光纖1也可以完成液位測量，但由于沒有參考光纖2其測量精度低，為提高測量精度本方案采用了參考光纖2。本傳感器包括測量光纖1和參考光纖2，參考光纖2不做任何處理，而測量光纖1需進(jìn)行損傷處理。包層4部分作損傷處理后，光泄漏段侵在液體中，在導(dǎo)光體3中傳導(dǎo)的光，在包層4交界面處產(chǎn)生全反射，與此同時(shí)，在包層4受損傷處，光線射入液體，朝液面方向傳播。這種光的損失由處于光導(dǎo)體的端面上的光電接收器檢測到。
但是單獨(dú)使用測量光纖測量精度低，故在測量光纖1旁邊，設(shè)置同樣長度、同樣形狀的參考光纖2，根據(jù)測量光纖1的光損失量和參考光纖2的光通量，通過專用設(shè)備即可計(jì)算出更精確的液位值。
本方案的缺點(diǎn)是，不是任何液體都可以測量，因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)光體3的折射率確定時(shí)，只有那些折射率明顯大于導(dǎo)光體3的折射率的液體能被測量。但其簡單精確，有其獨(dú)特的應(yīng)用范疇。
圖2是第1實(shí)施例的改進(jìn)。和第一實(shí)施例不同的是，在測量光纖1的單側(cè)損傷段5的外面，加了一個密封的透明管套11，其中充滿了參考液體12。
該方法是第一方案的進(jìn)一步發(fā)展，利用參考液體和被測液體的折射率不同，使得光損產(chǎn)生更明顯的連續(xù)變化的模擬量，對于具有不同折射率的液體都可以連續(xù)測量液位值。
在本方案中，在測量光纖的單側(cè)損傷段5外，增加了透明管套11和參考液體12，其中，參考液體12的光折射率應(yīng)不大于被測量液體的折射率。
這些特點(diǎn)完全解決了構(gòu)成該產(chǎn)品的基本任務(wù)。因?yàn)樵跍y量光纖1的這個區(qū)段沉浸在液體內(nèi)，從細(xì)長光源發(fā)出的光絕大部分都通過該區(qū)段進(jìn)入液體，結(jié)果總的往上反射到探測器的光量隨著測量光纖損傷段5沉浸在液體中愈深而不斷堿少。
該措施另一個優(yōu)點(diǎn)，就是該傳感器同樣能有一個非常細(xì)的造型，因?yàn)楣饫w很細(xì)，透明管套11也可以做得很細(xì)，可一制造成橫截面極小的傳感器，最小可以達(dá)到幾毫米直徑。
本方案具有更好的液體適應(yīng)性，可以應(yīng)用于多種液體的液位測量。當(dāng)然本方案略復(fù)雜一些，不如第一方案簡單價(jià)廉。
從兩個實(shí)施例的詳細(xì)陳述中可見，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、沒有移動件、長期可靠性好的液位傳感器，特別適用于油料的液位測量，加有參考液體的傳感器具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種模式泄漏式光纖液位傳感器，其特征在于，所述模式泄漏式光纖液位傳感器由并列的兩根反折成開口曲別針形或燒瓶形的光纖組成，一根是測量光纖(1)，一根作為參考光纖(2)，在所述測量光纖(1)的開口曲別針形或燒瓶形一直線段的包層(4)上做損傷處理的光泄漏段(5)，所述兩根光纖頭尾均設(shè)置光纖接頭(6、7、8、9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的模式泄漏光纖液位傳感器，其特征在于在所述光泄漏段(5)套有密封透明管套(11)，其中充滿參考液體(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的模式泄漏光纖液位傳感器，其特征在于所述測量光纖(1)和參考光纖(2)下部的半環(huán)形(10)的直徑大于等于8倍光纖直徑。
全文摘要
一種模式泄漏式光纖液位傳感器，由并列的兩根反折成開口曲別針形或燒瓶形的光纖組成，一根是測量光纖，一根作為參考光纖，在測量光纖的開口曲別針形或燒瓶形一直線段外側(cè)的包層上做側(cè)損傷處理的光泄漏段，兩根光纖頭尾均設(shè)置光纖接頭，也可以在光泄漏段套有密封透明管套，其中充滿參考液體，測量光纖和參考光纖下部的半環(huán)形直徑大于等于8倍光纖直徑。本發(fā)明模式泄漏式光纖液位傳感器，價(jià)格低廉、無移動件、使用可靠、測量精確、特別適合于各種油料儲存設(shè)備使用，加有參考液體的傳感器具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
文檔編號G01F23/22GK1920496SQ20061010931
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月8日
發(fā)明者林揚(yáng)根, 張加誠, 陳云欽, 潘孝眾 申請人:浙江天保利科技開發(fā)有限公司, 林揚(yáng)根