光纤液位传感器的研究
2000年第19卷第5期传感器技术(JournalofTransducerTechnology)
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光纤液位传感器的研究
陈实英,郭文庆,何春生
(哈尔滨量具刃具厂技术部,黑龙江哈尔滨150040)
摘
要:对光纤液位传感器测量原理进行了理论分析,具体描述了光纤传感器的补偿原理,给出了实际应
用的原理框图。
关键词:多模光纤;光纤排列;传感器;探头中图分类号:TN253;TN209
文献标识码:B
文章编号:(1000-97872000)05-0047-02
AstudyontheopticfibersensorforthemeasurementofliIuidlevel
CHENShi-ying,GUOWen-Cing,HEChun-sheng
(Harbinmeasuring&CuttingToolWorks,Harbin150040,China)
Abstract:Themeasuringprincipleforopticfibersensorisanalysedintheory,andthecompensationtheoryofop-ticfibersensorisdescribed.Theblockdiagraminpracticalengineeringisgivenout.
Keywords:multimodefiber;opticfiberarray;sensor;detector
引言
光纤传感器技术从20世纪70年代中期开始进入研究领域,人们越来越认识到它的优越性:光纤传感器的无源特性对被测对象无任何影响,也不受电磁干扰的影响;耐高温,耐高压,抗腐蚀,可在有毒、核幅射等恶劣环境下正常工作;光纤传输的频带宽,动态范围大;光纤传感器的外形几乎没有限制,可作成任意形状适用于各种安装条件;光纤与遥测技术相配合可实现远距离数据采集及监控;光纤传感器体积小,重量轻,具有节约材料及能源的特性,是非常有发展潜能的技术。据此,开发研制了光纤液位传感器,它的核心部分是光纤排列方式,最大优点在于克服了传统的光强式光纤传感器的许多缺点,如光源老化,光功率变化以及各联接环节的不稳定等因素引起的误差,从根本上提高了测量精度,又因光纤本质防爆,故同时实现了传感器的防爆问题。1
光纤的排列结构及其原理
传统的光纤传感器多采用Y型光纤束形成Y型
分光器,用一路作测量光路,另一路作参考光路也叫补偿光路,要消除光纤传输光强过程中所致损耗,光补偿机构加工难度大,结构复杂,此外,光纤及光路带来的漂移也无法补偿到预期的效果,精度提高受限制。按照图1所示选取大芯径200!m的多模光纤,排列,L1、L2为两组探测器发光光路;PD1、PD2为接收器接收反射光光路;中间三根为定位光纤。
收稿日期:2000-06-23
它的工作原理是:启动L1工作,PD1、PD2收到信号,
启动L2工作,PD1强,PD2弱;PD1、PD2收到信号,PD2强,PD1
弱。
图1
Fig.1
光纤端面排列图
Diagramofopticalfiberpermutation
在L1工作,探测器PD1和PD2同时L2非工作,
接收光源L1的信号,用X1、Y1表示如下:
X1=P1K1I21M2,Y1=P1K1I11M1;
在L2工作,探测器PD1和L1非工作状态时,用X2、PD2同时接收光源L2的信号,Y2表示如下:X2=P2K2I22M2,Y2=P2K2I12M1,式中
P1、P2为光源对光纤的耦合效率;K1、K2为
表明传输光路中光纤及连接器的透射率;M1、M2为光纤及光探测器PD1和PD2的耦合率;Iij为光源Li进入到探测器PDj的光强。
根据参考文献[可知:1]
S=
I・=・=,Y1X2P1K1I11M1P2K2I22M2I11I22
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传感器技术
第19卷
式中
代表液位。S为与液位成正比的信号,
从上述公式看出光功率P1和P2以及K1、K2、
克服了由于这些因素所造成的M1、M2全部消除,测量误差,提高了测量精度。2
光纤液位传感器的补偿原理
将压力传感器投入到被检测的液罐内,被检测容器的压力P的变化,使敏感弹性模片产生位移。测
[]
1。量原理如图2所示
图3
Fig.3
补偿原理图
Principlediagramofcompensation
其中曲线A代表近端光纤接收的信号,曲线B代表
图2
Fig.2
测量原理Principleofmeasuring
远端光纤接收的信号,在!区随着位移的增加,光
强信号增加,达到拐点0时,进入"区,随着位移增加,近端光纤逐渐衰减,而远端光纤逐渐增强,利用由曲线B作为信号,曲线A作为补偿"区的特性,
可构成一自动补偿系统。3
系统原理框图
光纤液位测量仪由反射式光纤压力传感器、光缆传输系统、计算机信号处理系统构成。光纤液位传感器系统框图如图4
所示。
光纤探头作用到反射膜上,探头与膜片之间的距离为I值,反射光的强度是探头与反光膜之间的距离函数,即光强I=f(I)的函数关系。可以用与探头到
反射镜面的距离X,相对应的镜像虚像光强理解,好像镜面那边有一与之对应的光纤进行接收。故反射光纤与接收光强产生轴向位移时,其两根接收光纤受光强
[]
2度是变化的,受光强度的变化特性曲线如图3所示。
图4
Fig.4
光纤液位传感器系统框图
BlockdiagramofthesystemoftransducerforopticalfiberliIuidlevel
(下转第51页)
(下转第!"页)
光源采用霍尼韦尔公司半导体激光器HFE4381-光电探测器采用北京瑞普电子集团2CU2E,光321,纤采用模片采用MP30>26,系统经实200!m芯径,验能够测量油罐内液位精度 光0"3m,1%.目前,纤液位传感器已进入用户试用阶段。#结束语
光纤传感技术自1980年以来,受到世界各国的重视,我国在光纤传感技术进行了多方探索,随着光纤通讯技术的成熟、光电收发器件性能的不断提高和完善、光纤价格的不断下降,光纤传感器必然会获得长远的发展,尤其是在易燃、易爆、易受电磁干扰、恶劣环境、微小区域等会发挥其它传感器无法取代
的优势,我国的大学和科研院所进行了大量的研究
工作,为了更快的实现产品化,加强了学院、研究所与企业的合作,因而企业的介入标志着光纤传感器走向成熟,光纤传感器必将在越来越多的领域发挥重要作用。参考文献:
史锦珊.光纤传感器技术与原理[M]机械工业[1]刘瑞复,.北京:
出版社,1987.208-210.
[郑绳楦.光电子学及其应用[M]机械工业出版2]史锦珊,.北京:
社,1991.488-489.作者简介:
,女,黑龙江省哈尔滨市人,机电工程师。1992陈实英(1965-)
年毕业于哈尔滨理工大学,学士学位。现在哈尔滨量具刃具厂技术部从事新产品的开发与研制。
光纤液位传感器的研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
陈实英, 郭文庆, 何春生, CHEN Shi-ying, GUO Wen-qing, HE Chun-sheng哈尔滨量具刃具厂,技术部,黑龙江,哈尔滨,150040传感器技术
JOURNAL OF TRANSDUCER TECHNOLOGY2000,19(5)6次
参考文献(2条)
1.刘瑞复;史锦珊 光纤传感器技术与原理 19872.史锦珊;郑绳楦 光电子学及其应用 1991
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