一種光纖連續(xù)液位傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖連續(xù)液位傳感器，包括：楔形光纖束和信號處理電路；所述楔形光纖束包括至少一個測量段，所述測量段包括至少一束發(fā)射光纖束和至少一束接收光纖束；所述楔形光纖束的楔形面為傳感面；所述信號處理電路包括至少一個發(fā)光器、至少一個接收器、光電轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路；所述發(fā)光器與所述發(fā)射光纖束一一對應(yīng)，所述接收器與所述接收光纖束一一對應(yīng)；所述接收器連接所述光電轉(zhuǎn)換電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用光在空氣和液體中的散射程度不同，轉(zhuǎn)換成電壓變化來判斷液位高度，將信號處理的電路部分和傳感器的測量部分分離，液體中不存在電信號，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量過程安全穩(wěn)定、測量精度高。
【專利說明】
一種光纖連續(xù)液位傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明屬于光電傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖連續(xù)液位傳感器，用于對液體高度進(jìn)行測量。
【背景技術(shù)】
[0002 ]本發(fā)明主要應(yīng)用在飛機(jī)燃油液位測量，飛機(jī)燃油液位傳感器是飛機(jī)燃油系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響飛機(jī)的航行安全。目前飛機(jī)上應(yīng)用的液位傳感器主要有電容式液位傳感器、流量式液位傳感器、超聲波式液位傳感器。電容式液位傳感器標(biāo)定校準(zhǔn)困難，液體污染會對其產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致電容電極之間短路釀成嚴(yán)重事故;流量式液位傳感器由于燃油黏度變化大、加速度大而容易影響液位測量精度;超聲波液位傳感器會出現(xiàn)盲區(qū)和姿態(tài)誤差導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0003]國內(nèi)有學(xué)者公開了一種隨液位高度變化而變形的彈性光纖圓片，通過變形影響光纖圓片接收光量的方法來對液位進(jìn)行間接測量，但是其中核心部件變形齒制作困難，工藝要求高，實(shí)現(xiàn)難度大。國內(nèi)其他學(xué)者公開了另一種螺旋形光纖傳感器，其利用液位變化，螺旋形光纖光量泄露變化不同，導(dǎo)致最終接收光量不同的原理來對液位高度進(jìn)行測量，由于其采用螺旋形結(jié)構(gòu)，液體粘附問題會影響傳感器的精度，且螺旋結(jié)構(gòu)易變形、不穩(wěn)定，量程太大會影響測量結(jié)果的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量過程安全穩(wěn)定、測量精度高的光纖連續(xù)液位傳感器。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于，包括:楔形光纖束和信號處理電路;所述楔形光纖束包括至少一個測量段，所述測量段包括至少一束發(fā)射光纖束和至少一束接收光纖束;所述楔形光纖束的楔形面為傳感面;所述信號處理電路包括至少一個發(fā)光器、至少一個接收器、光電轉(zhuǎn)換電路、差分放大電路;所述發(fā)光器與所述發(fā)射光纖束一一對應(yīng)，所述接收器與所述接收光纖束一一對應(yīng);所述接收器依次連接所述光電轉(zhuǎn)換電路和所述差分放大電路。
[0006]進(jìn)一步地，所述測量段包括依次并列排列的發(fā)射光纖束、第一接收光纖束、第二接收光纖束;所述信號處理電路包括對應(yīng)所述第一接收光纖束的第一接收器和對應(yīng)所述第二接收光纖束的第二接收器。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一接收器和所述第二接收器各連接一路所述光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路連接差分放大電路。
[0008]進(jìn)一步地，所述楔形光纖束包括依次連接的多個所述測量段。
[0009]進(jìn)一步地，楔形面與豎直方向的夾角范圍為5度?30度。
[0010]進(jìn)一步地，所述測量段包括一束發(fā)射光纖束及一束接收光纖束。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述一束發(fā)射光纖束具有至少兩個第一分支，所述一束接收光纖束具有至少兩個第二分支，所述第一分支與所述第二分支一一對應(yīng)交叉排列。
[0012]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用光在空氣和液體中的散射程度不同導(dǎo)致接收器通過光纖接收的光量不同，轉(zhuǎn)換成電壓變化來判斷液位高度，將信號處理的電路部分和傳感器的測量部分分離，液體中不存在電信號，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量過程安全穩(wěn)定、測量精度高。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例光纖連續(xù)液位傳感器整體示意圖；
[0014]圖2為圖1測量段示意圖的主視圖；
[0015]圖3為圖2的左視圖；
[0016]圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例各光纖束引出點(diǎn)的布局示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例測量段結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例光纖連續(xù)液位傳感器整體示意圖；
[0019]圖7為圖6測量段示意圖的主視圖；
[0020]圖8為圖7的左視圖；
[0021 ]圖9為本發(fā)明第三實(shí)施例各光纖束引出點(diǎn)的布局示意圖。
[0022]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0023]1-發(fā)射光纖束，I，-發(fā)射光纖束引出點(diǎn)，2-第一接收光纖束，2，-第一接收光纖束引出點(diǎn)，3-第二接收光纖束，3 ’ -第二接收光纖束引出點(diǎn)，4-發(fā)光器，5-第一接收器，6-第二接收器，7-夾角，8-楔形面，9-鋁合金槽，10-測量段，11-液體，12-空腔，13-連接器，14-電路板，15-法蘭盤。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]為了更好的闡述本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)方案，以下結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)行講解說明。
[0026]請參考圖1至圖4，為本發(fā)明第一實(shí)施例，其包括:楔形光纖束和信號處理電路;所述楔形光纖束包括一個測量段10，所述測量段10包括依次并列排列的發(fā)射光纖束1、第一接收光纖束2、第二接收光纖束2;所述楔形光纖束的楔形面8為傳感面，所述楔形面8與豎直方向的夾角7為5°;所述信號處理電路包括一個發(fā)光器4、一個第一接收器5、一個第二接收器
6、光電轉(zhuǎn)換電路(未圖不)、差分放大電路(未圖不)；所述發(fā)光器4與所述發(fā)射光纖束I對應(yīng)，所述第一接收器5與所述第一接收光纖束2對應(yīng)，所述第二接收器6與所述第二接收光纖束2對應(yīng);所述第一接收器5和所述第二接收器6各連接一路所述光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路連接所述差分放大電路。
[0027]空腔12用于放置電路板14，所述空腔12通過螺釘與下部各光纖束連接，法蘭盤15用于將本發(fā)明的傳感器固定在被測液體11容器上，所述空腔12側(cè)剖面用來安裝連接器13，所述發(fā)射光纖束1、所述第一接收光纖束2、所述第二接收光纖束2合并形成楔形面8嵌入至外殼中，本實(shí)施例外殼為招合金槽9。各光纖束上端的引出點(diǎn)布局如圖4所不，呈三角形排布，方便與電路板14上的所述發(fā)光器4和所述第一接收器5、所述第二接收器6進(jìn)行耦合。所述發(fā)光器4的光經(jīng)所述發(fā)射光纖束I傳出，所述第一接收光纖束2和所述第二接收光纖束2接收散射光的光量會因兩束接收光纖束距離所述發(fā)射光纖束I的位置不同而不同，所述第一接收器5和所述第二接收器6對應(yīng)經(jīng)過耦合產(chǎn)生的光電流也會不同。第一接收器5和所述第二接收器6各自所對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電路，通過所述差分放大電路，消除環(huán)境光、光源波動和其他共模噪聲的影響，最終獲得此時液位高度的電壓值。當(dāng)液位上升時，光的散射程度會增強(qiáng)，接收光纖束耦合回來的散射光量增大，最終輸出電壓變大，通過多次試驗(yàn)擬合出“電壓V-液位高度h”關(guān)系曲線。實(shí)際測量液位時，即可直接通過讀取電壓值V來獲得液位高度h。
[0028]請參照圖5，為本發(fā)明第二實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，所述發(fā)射光纖束I和所述接收光纖束均為一束，所述發(fā)射光纖束I具有兩個第一分支，所述接收光纖束具有兩個第二分支，所述第一分支與所述第二分支--對應(yīng)交叉排列。在其他實(shí)施例中
(未圖示)，所述發(fā)射光纖束I和所述接收光纖束也可以有三個以上的分支。如此排布可以減小發(fā)射光纖束I和接收光纖束外側(cè)部分距離較遠(yuǎn)時對散射光進(jìn)行采集時的不利影響，使接收光纖束接收的散射光量越多，變化趨勢更為明顯。
[0029]請參照圖6至圖9，為本發(fā)明的第三實(shí)施例。當(dāng)測量范圍太大時，若僅采用單個測量段10，會導(dǎo)致所述發(fā)射光纖束I和所述接收光纖束面積太大，從而造成接收光纖束接收回來的散射光太弱，影響測量結(jié)果。為擴(kuò)大量程，本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別主要在于，從下至上排布有多個所述測量段10(本實(shí)施例為4個)，此時通過分時復(fù)用信號處理電路(未圖示)來簡化電路，各光纖束上端的引出點(diǎn)布局如圖9所示，呈陣列排布，方便與電路板14上的多個所述發(fā)光器4和多個所述第一接收器5、所述第二接收器6 對應(yīng)進(jìn)行親合。每一個弓I出點(diǎn)一一對應(yīng)每一段的各光纖束。預(yù)先測定單個所述測量段10完全位于液面以上時的電壓值^，以及單個所述測量段10完全位于液面以下時的電壓值^，并將該電壓值預(yù)設(shè)在分時復(fù)用信號處理電路中。
[0030]實(shí)際測量時，將4個所述測量段10從下至上排布，液位檢測過程分為兩步，首先分時復(fù)用信號處理電路從下至上依次進(jìn)行各個所述測量段10的電壓檢測掃描，當(dāng)掃描到第η個所述測量段10發(fā)現(xiàn)電壓值V介于vdPv2之間時，即可判斷出液位處于第η個所述測量段10;然后，所述分時復(fù)用信號處理電路不再依次從下至上進(jìn)行全程掃描，僅掃描該第η個測量段10，得出具體的電壓值Vn，再根據(jù)具體的電壓值^結(jié)合“電壓V-液位高度h”關(guān)系曲線得出液位處于該測量段10內(nèi)的高度h，而每個測量段10自身的高度為H，故最終液位高度為(n-l)*H
+ho
[0031]所述分時復(fù)用電路經(jīng)過第一次掃描檢測后，已知液位所處的高度范圍，便不再依次從下至上進(jìn)行所有所述測量段10的掃描測量，在之后的測量過程僅對液位高度所在的所述測量段10進(jìn)行測量，減少測量時間的同時也保證系統(tǒng)的魯棒性。
[0032]在其他實(shí)施例中(未圖示)，當(dāng)環(huán)境穩(wěn)定時，可以采用“一發(fā)一收”方式，即只有一個發(fā)射光纖束1(不分支)和一個接收光纖束(不分支)，也不需要差分放大電路，使結(jié)構(gòu)變得更加簡單。
[0033]在其他實(shí)施例中(未圖示)，所述楔形面8與豎直方向的夾角7范圍為5°?30°。
[0034]總體而言，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0035]1.利用光在空氣和液體11中的散射程度不同導(dǎo)致接收器通過光纖接收的光量不同，轉(zhuǎn)換成電壓變化來判斷液位高度，便捷直觀，易于測量；
[0036]2.將信號處理的電路部分和傳感器的測量部分分離，液體中不存在電信號，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量過程安全穩(wěn)定、測量精度高；
[0037]3.本發(fā)明還可通過改變光纖結(jié)構(gòu)排布來改善傳感器的結(jié)構(gòu)和性能，當(dāng)環(huán)境穩(wěn)定時，可以通過“一發(fā)一收”的光纖排布方式來獲得電壓V-液位高度h曲線以及測量液位高度h；
[0038]4.發(fā)射光纖束和接收光纖束的分支束進(jìn)行交叉排布，減小了接收光纖束距離發(fā)射光纖束較遠(yuǎn)時對采集散射光的不利影響，并且通過增加分支束來擴(kuò)大傳感面，接收光纖束接收的散射光量越多，變化趨勢越明顯，測量越準(zhǔn)確；
[0039]5.第一接收器5和所述第二接收器6各自所對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電路，通過所述差分放大電路，消除環(huán)境光、光源波動和其他共模噪聲的影響，測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0040]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于，包括:楔形光纖束和信號處理電路;所述楔形光纖束包括至少一個測量段，所述測量段包括至少一束發(fā)射光纖束和至少一束接收光纖束;所述楔形光纖束的楔形面為傳感面;所述信號處理電路包括至少一個發(fā)光器、至少一個接收器、光電轉(zhuǎn)換電路;所述發(fā)光器與所述發(fā)射光纖束一一對應(yīng)，所述接收器與所述接收光纖束一一對應(yīng);所述接收器連接所述光電轉(zhuǎn)換電路。2.按照權(quán)利要求1所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:所述測量段包括依次并列排列的發(fā)射光纖束、第一接收光纖束、第二接收光纖束;所述信號處理電路包括對應(yīng)所述第一接收光纖束的第一接收器和對應(yīng)所述第二接收光纖束的第二接收器。3.按照權(quán)利要求2所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:所述第一接收器和所述第二接收器各連接一路所述光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路連接差分放大電路。4.按照權(quán)利要求1所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:所述楔形光纖束包括依次連接的多個所述測量段。5.按照權(quán)利要求1所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:楔形面與豎直方向的夾角范圍為5度?30度。6.按照權(quán)利要求1所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:所述測量段包括一束發(fā)射光纖束及一束接收光纖束。7.按照權(quán)利要求5所述的光纖連續(xù)液位傳感器，其特征在于:所述一束發(fā)射光纖束具有至少兩個第一分支，所述一束接收光纖束具有至少兩個第二分支，所述第一分支與所述第二分支--對應(yīng)交叉排列。
【文檔編號】G01F23/292GK105823528SQ201610303327
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】葛俊鋒, 舒俊, 葉林, 華濱, 龔英
【申請人】華中科技大學(xué)