基于磁耦合和光纤阵列的液位传感器研究
液位测量几乎遍及生产与生活的各个领域之中，特别是在工业生产领域，不仅要求高精度，还需要能很好地适应工业生产现场的特殊环境，这样对液位测量提出了高精度、实时在线和稳定的要求。目前，传统的液位测量主要还是超声波、雷达以及电子类传感器占主导地位，这些传感器有一个共同的弱点，就是将电带进了测量现场，这样就限制了它们在诸如强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣环境中的应用。光纤液位传感器由于具备光纤传感器特有的本质防爆、对电绝缘、无感应性、化学稳定性、时域变换性以及低损耗、大容量、高精度、尺寸小和重量轻的特性，可以很好地应用到液位检测领域，满足工业生产对液位检测的要求。但是由于技术上的不成熟，至今还没有哪一种光纤液位传感器得到比较广泛地实际应用。近年来，研究得比较多的光纤液位传感器有光纤法-泊腔液位传感器和光纤光栅液位传感器。由于其测量精度较低和解调难度较大使得这些类光纤液位传感器未能得到很好的应用。 本文提出了一种基于磁耦合和光纤阵列的光纤液位传感器，此传感器不仅具有全光的优点，适合用于强电磁干扰、易燃、易爆等恶劣环境，而且由于传感信号为光强扰动，不需要知道光强的准确值，所以传感系统的光源不稳定，光纤连接损耗和弯曲损耗等等因素对测量影响不大，测量精度取决于光纤排列密度，从理论上讲，只要密布光纤，测量精度就可以达到0.1mm以上，这几乎可以满足所有的工程应用。此传感器采用侧边抛磨光纤作为线光源，使得传感器的结构更加简单，性能更加稳定。另外，由于传感器采用特殊的结构以及特殊密封材料和技术，可以用于常温下任何腐蚀性液体和不透明液体的测量，并且本传感器对非液体容量变化引起的液位波动不敏感，所以特别适合应用在车辆、船舶、飞机等运输工具上进行液位测量。 本论文的创新有以下几点: 1)采用光纤阵列检测液位高度，采用光纤束传输信号，采用摄像头成像分析探测信号，具有数字信号的特性，不需要知道光强的准确值，大大降低了对光源和信号处理的要求。 2)采用圆筒形立柱和圆筒形浮子结构，使得传感器结构更加稳定，使用范围更加广泛; 3)采用侧边抛磨光纤作为光纤阵列的线光源，通过分析侧边抛磨光纤的波导传输特性，使得线光源的光强满足均匀分布。
液位传感器;光纤阵列;线光源;磁耦合;波导传输特性
武汉理工大学
硕士
物理电子学
何伟;王成刚
2013
中文
TP212
64
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）