專利名稱：一種基于fbg的油罐液位傳感器及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)的油罐液位傳感器。
背景技術(shù)：
在石油化工領(lǐng)域中，液位是確定石油工業(yè)生產(chǎn)工藝和安全極其重要的參數(shù)。由于在石油工業(yè)中被測液體的成分和物理化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜、再加上工作現(xiàn)場的條件有時十分惡劣，如液面有波動和存在氣泡，或液面高度隨時間改變的動態(tài)測量等等，只有相對較少的一些液位傳感器可以應(yīng)用。傳統(tǒng)的液位傳感器有壓力式液位傳感器、電子類液位傳感器、超聲波液位傳感器、雷達(dá)液位傳感器等，但這些傳感器中，要求液體密度不變，有的需要溫度補(bǔ)償，有的可靠性差，有的價(jià)格昂貴導(dǎo)致實(shí)施困難。光纖光柵是一種新型的傳感元件，由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如對電磁干擾不敏感，體積小，抗腐蝕，使得它成為目前有著良好發(fā)展前景和代表性的光纖無源器件之一。 而基于光纖布拉格光柵測量液位的原理一般是利用浸入液體中的光柵柵區(qū)布拉格波長漂移實(shí)現(xiàn)監(jiān)測，且只能測量特殊折射率液體的液位，測量范圍受限于柵區(qū)長度?；诠饫w光柵測量液位的另外一種方法是將測量液位轉(zhuǎn)化為測量液體的浮力、重力、壓強(qiáng)等。本實(shí)用新型就是利用液位與壓強(qiáng)的關(guān)系，通過測量液體壓強(qiáng)來測量液位。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有的油罐液位傳感器精度不高，動態(tài)范圍小，且不能做易燃易爆液體傳感的缺點(diǎn)，提出了一種基于FBG的測量精度高，動態(tài)范圍大，線性關(guān)系較好且抗電磁干擾，可用作易燃易爆液體、強(qiáng)腐蝕液體等的油罐液位傳感器。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案一個FBG油罐液位傳感器，包括金屬殼體、波紋管、導(dǎo)氣管和兩段至少帶有一個傳感光柵的光纖，其特征在于所述的金屬殼體上端帶有加工的兩個通孔的保護(hù)蓋，其中殼體頂端的兩個通孔位于波紋管頂端區(qū)域內(nèi)；通孔用鋼絲網(wǎng)封死，避免硬物掉到波紋管產(chǎn)生震蕩，從而崩斷光柵；波紋管位于金屬殼體內(nèi)，固定在殼體頂端；一段至少帶有一個光柵的光纖，位于波紋管內(nèi)部，其兩端分別固定在殼體頂端、波紋管底端，用作傳感光柵；殼體內(nèi)腔被波紋管隔離成為氣體腔；第二段至少帶有一個光柵的光纖，位于氣體腔內(nèi)，附著在殼體的左壁上，用作溫度補(bǔ)償。本實(shí)用新型所具有的有益效果為1、液體壓力作用波紋管時，該壓力可以等效成波紋管的均布壓力，巧妙地消除了由于液位不同產(chǎn)生的壓差；2、參考光柵位于氣體腔，其處于自由狀態(tài)，不受液位、應(yīng)變等因素影響，只對溫度有響應(yīng)，起到溫度補(bǔ)償作用，提高測量精度；3、導(dǎo)氣管將氣體腔與外界大氣聯(lián)通，克服了因外界大氣變化帶來的測量誤差；[0011]4、該光纖光柵油罐液位傳感器用光纖作為傳輸介質(zhì)，電絕緣性好，同時能夠很好的滿足油罐測量中的防火防爆要求；5、該光纖光柵油罐液位傳感器易于組成網(wǎng)絡(luò)分布式測量；6、該光纖光柵油罐液位傳感器測量精度高，動態(tài)范圍較大，線性關(guān)系較好，抗電磁干擾，適用于中小型油罐的油位測量，也可推廣作易燃易爆液體、強(qiáng)腐蝕液體等液位傳感
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圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1所示，一個光纖光柵油罐液位傳感器，包括金屬殼體1、波紋管2、導(dǎo)氣管6 和兩段至少帶有一個傳感光柵的光纖，其特征在于所述的金屬殼體1上端有加工的兩個通孔的保護(hù)蓋，其中通孔用鋼絲網(wǎng)封死，避免硬物掉到波紋管2產(chǎn)生震蕩，從而崩斷光柵； 波紋管2位于金屬殼體1內(nèi)，固定在殼體1頂端；一段至少帶有一個光柵的光纖4，位于波紋管2內(nèi)部，其兩端分別固定在殼體1頂端、波紋管2底端，用作傳感光柵；殼體1內(nèi)腔被波紋管2構(gòu)成的密封腔隔離成為氣體腔3 ；第二段至少帶有一個光柵的光纖5，位于氣體腔3 內(nèi)，附著在殼體1的左壁上，用作溫度補(bǔ)償。本實(shí)施方式的工作方式為測試前，先將傳感器置于水平面，向波紋管內(nèi)注入待測液體，直至注滿。此過程為光纖光柵的定標(biāo)過程，記下光柵的初始波長，定標(biāo)結(jié)束。當(dāng)光纖光柵液位傳感器完全浸沒在待測液體中時，保持兩波紋管外端口的位置水平。當(dāng)端口受到液體壓力再次作用波紋管時，該壓力可以等效成波紋管的均布壓力，巧妙地消除了由于液位不同產(chǎn)生的壓差。波紋管外端口的液壓會帶動波紋管產(chǎn)生軸向位移，從而拉伸兩波紋管間的光纖光柵，使其布拉格波長發(fā)生漂移。通過波長的變化量可以感測出壓力的變化，從而獲得液位的變化，最終實(shí)現(xiàn)了感測液位的目的。在此實(shí)施例中應(yīng)注意(1)導(dǎo)氣管使氣體腔與大氣相通。實(shí)際測量過程中，多數(shù)待測液體總是暴露在空氣中，此時，波紋管底部的外側(cè)所受的壓力是液體壓力與大氣壓力之和，內(nèi)測壓力為大氣壓力，兩側(cè)的壓力相互抵消，不管大氣壓如何變化，測量結(jié)果不受天氣影響，減小了測量誤差；( 分別同時測量波紋管內(nèi)外的兩個光柵的布拉格波長變化情況。外界溫度的變化會引起兩個光柵的反射波長向相同方向發(fā)生移動。因此，通過對比兩個光柵的布拉格波長漂移情況，實(shí)現(xiàn)與溫度無關(guān)的液位測量， 提高測量的精度。該光纖光柵油罐液位傳感器其靈敏度度高達(dá)0.06nm/lcm，線性擬合度達(dá)到0. 963，適用于中小型油罐液位測量。本實(shí)施例中光纖光柵的布拉格波長為1558. 900nm, 3dB帶寬約0. 2nm，邊模抑制比約20dB，反射率約25dBm。
權(quán)利要求1.一種基于FBG的油罐液位傳感器及裝置，包括金屬殼體、波紋管、導(dǎo)氣管和兩段至少帶有一個傳感光柵的光纖，其特征在于所述的金屬殼體上端有加工的兩個通孔的保護(hù)蓋，其中通孔用鋼絲網(wǎng)封死；所述的波紋管位于金屬殼體內(nèi)，固定于殼體頂端，保證波紋管軸線與金屬底端所在平面垂直；所述的一段至少帶有一個光柵的光纖，位于波紋管內(nèi)部，其兩端分別固定在殼體頂端、 波紋管底端，用作傳感光柵；所述的殼體內(nèi)腔被波紋管隔離成為氣體腔；所述的第二段至少帶有一個光柵的光纖，位于氣體腔內(nèi)，附著在殼體的左壁上，用作溫度補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FBG的油罐液位傳感器及裝置，其特征在于所述的殼體頂端的兩個通孔位于波紋管頂端區(qū)域內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FBG的油罐液位傳感器及裝置，其特征在于所述的氣體腔設(shè)有與大氣相通的的導(dǎo)氣管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于光纖布拉格光柵(FBG)的油罐液位傳感器及裝置。其包括設(shè)置在金屬殼體上端有加工或制作的兩個通孔的保護(hù)蓋、設(shè)置在金屬殼體內(nèi)部，位于其頂端的波紋管、設(shè)置在波紋管內(nèi)的一段至少帶有一個傳感光柵的光纖、設(shè)置在殼體內(nèi)腔，附著在殼體左壁上的另一段至少帶有一個傳感光柵的光纖和導(dǎo)氣管。本實(shí)用新型傳感器測量精度高，動態(tài)范圍較大，線性關(guān)系好，抗電磁干擾，適用于中小型油罐的油位測量，也可推廣作易燃易爆液體、強(qiáng)腐蝕液體等液位傳感器。
文檔編號G01F23/292GK202166459SQ20102069573
公開日2012年3月14日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者于棟友, 姬崇軻, 王云鵬, 王治強(qiáng), 趙春柳, 錢文文, 黎勇 申請人:杭州恒川科技有限公司