本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于石英毛細玻璃管的液位傳感器及制備方法。

背景技術(shù)：

液位測量涉及的范圍非常廣泛，包括在工業(yè)上的液位測量以及在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用。目前的液位計有很多種，包括射頻電容式液位計、投入式液位計、磁致伸縮液位計、超聲波液位計等。前兩者是利用液壓改變電容或者電阻值，從而將液壓轉(zhuǎn)化成電信號輸出處理，后兩者則是通過測量發(fā)射電脈沖之間的時間差來計算液位。以上基于電處理的液位傳感器一般都包含了電信號的轉(zhuǎn)換，電信號的傳輸以及處理等過程，在實際應(yīng)用時則可能會受到電磁干擾的影響。此外電子器件易老化，或被特殊的液體腐蝕，需要相應(yīng)的封裝工藝來保證器件的使用壽命。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，被測液體的品種越來越多，尤其是可燃的碳氫化合物、液體化學(xué)燃料以及生物化學(xué)方面的有毒液體等?；陔娦盘柕膫鞲衅骷谝兹家妆h(huán)境中使用時需要加很大的防爆裝置，應(yīng)用受到了很大的限制。目前隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，被測液體的品種越來越多。由于被測介質(zhì)的種類繁多，介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)也十分復(fù)雜，現(xiàn)場工作條件也比較惡劣，傳統(tǒng)的液位傳感器在使用時不斷面臨新的問題。相對而言，光纖液位傳感器有很多傳統(tǒng)傳感器所不能比擬的優(yōu)點，比如耐高壓、抗腐蝕、抗電磁干擾等，并且安裝簡單，體積小，重量輕。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中液位傳感器容易受到電磁干擾，或被特殊液體腐蝕的缺陷，提供一種基于石英毛細玻璃管的液位傳感器及制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于石英毛細玻璃管的液位傳感器，包括毛細玻璃管，毛細玻璃管兩端設(shè)置有輸入光纖和輸出光纖；液位傳感器的輸入端通過輸入光纖與單色激光器相連，輸出端通過輸出光纖與功率計相連，輸入光纖和輸出光纖均為單模光纖；毛細玻璃管的內(nèi)徑為75μm，外徑為125μm，長度為10～50mm；將液位傳感器垂直浸沒在液體中，當檢測容器中液體高度發(fā)生變化時，毛細玻璃管中每個諧振波長處的傳輸功率發(fā)生相應(yīng)改變，通過功率計檢測透射峰波長的強度變化實現(xiàn)對液位高低的測量。

進一步地，本發(fā)明的單色激光器為輸入光源,其波長為特定值，包括：1185nm，1210nm,1235nm,1262nm，1290nm。

進一步地，本發(fā)明的輸入光纖、輸出光纖和毛細玻璃管外徑相同，且光纖纖芯正對毛細管中心，三者之間通過對芯熔接的方式進行熔接。

進一步地，本發(fā)明的輸入光纖和輸出光纖的外包層直徑為125μm，纖芯直徑為8μm。

本發(fā)明提供一種基于石英毛細玻璃管的液位傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1、毛細玻璃管預(yù)處理：選取一根毛細玻璃管，其內(nèi)徑為75μm，外徑為125μm，使用刀片去除掉玻璃管的涂覆保護層，并用酒精擦拭玻璃管表面以除去涂覆層殘留物；使用光纖切割刀將玻璃管的一端切平整，然后間隔10～50mm的距離，切割出另一個平整的端面；

S2、熔接單模光纖：使用光纖熔接機的手動操作功能，將輸入端和輸出端的單模光纖的纖芯與毛細玻璃管的中心手動對齊；設(shè)置光纖熔接機的熔接參數(shù)為：放電強度20單位，放電時間700ms，將預(yù)處理后的毛細玻璃管與單模光纖進行熔接得到液位傳感器。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的基于石英毛細玻璃管的液位傳感器，通過檢測毛細玻璃管內(nèi)透射峰波長的強度變化實現(xiàn)對液位高低的測量，測量效果好，精度高，能夠廣泛應(yīng)用于各種實際場景；并且該傳感器不容易老化，使用壽命長，耐高壓、抗腐蝕、抗電磁干擾能力強，安裝簡單，體積小，重量輕。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1(a)是本發(fā)明實施例的液位傳感器橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)是本發(fā)明實施例的液位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的測量結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的液位強度線性圖；

圖中，1-輸入光纖，2-毛細玻璃管，3-輸出光纖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1(a)所示，本發(fā)明實施例的基于石英毛細玻璃管的液位傳感器，包括毛細玻璃管2，毛細玻璃管2兩端設(shè)置有輸入光纖1和輸出光纖2；液位傳感器的輸入端通過輸入光纖1與單色激光器相連，輸出端通過輸出光纖3與功率計相連，輸入光纖1和輸出光纖2均為單模光纖；毛細玻璃管2的內(nèi)徑為75μm，外徑為125μm，長度為10～50mm；將液位傳感器垂直浸沒在液體中，當檢測容器中液體高度發(fā)生變化時，毛細玻璃管2中每個諧振波長處的傳輸功率發(fā)生相應(yīng)改變，通過功率計檢測透射峰波長的強度變化實現(xiàn)對液位高低的測量。

單色激光器為輸入光源,其波長為特定值，包括：1185nm，1210nm,1235nm,1262nm，1290nm。輸入光纖1、輸出光纖3和毛細玻璃管2外徑相同，且光纖纖芯正對毛細管中心，三者之間通過對芯熔接的方式進行熔接。輸入光纖1和輸出光纖3的外包層直徑為125μm，纖芯直徑為8μm。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，該液位傳感器的毛細玻璃管橫截面有內(nèi)外兩層，內(nèi)徑75μm，外徑125μm。所用單模光纖為標準單模光纖，外包層直徑125μm，纖芯直徑8μm。將毛細玻璃管兩端和單模光纖對芯熔接構(gòu)成該傳感器。當將玻璃管垂直浸沒到液體中時，液位的變化會使得傳輸光譜中透射峰的強度變化，通過監(jiān)測透射峰的強度來實現(xiàn)對液位高低的測量。

以波長為特定值(1185nm，1210nm,1235nm,1262nm，1290nm)的單色激光為輸入光源，傳輸?shù)讲ＡЧ芎?，通過監(jiān)測輸出激光功率可以實現(xiàn)對液位的測量。

本發(fā)明實施例的基于石英毛細玻璃管的液位傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1、毛細玻璃管預(yù)處理：選取一根毛細玻璃管，其內(nèi)徑為75μm，外徑為125μm，使用刀片去除掉玻璃管的涂覆保護層，并用酒精擦拭玻璃管表面以除去涂覆層殘留物；使用光纖切割刀將玻璃管的一端切平整，然后間隔10～50mm的距離，切割出另一個平整的端面；

S2、熔接單模光纖：使用光纖熔接機的手動操作功能，將輸入端和輸出端的單模光纖的纖芯與毛細玻璃管的中心手動對齊；設(shè)置光纖熔接機的熔接參數(shù)為：放電強度20單位，放電時間700ms，將預(yù)處理后的毛細玻璃管與單模光纖進行熔接得到液位傳感器。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，該傳感器的制作方法具體為：

一、毛細玻璃管預(yù)處理。選取一端毛細玻璃管，使用刀片去除掉玻璃管的涂覆保護層，并用酒精擦拭玻璃管表面以除去涂覆層殘留物。使用光纖切割刀將玻璃管的一端切平整，然后在離該端面一段距離處切出另外一個平整的端面，具體的距離根據(jù)實際需要而定，這里我們選取13mm。

二、和普通單模光纖的熔接。處理過的毛細玻璃管最后需要和單模光纖熔接起來以完成整個器件的制作。熔接使用光纖熔接機的手動操作功能來完成。手動對準時要保證兩者的纖芯正對著，防止錯位造成多模干涉。熔接參數(shù)設(shè)置為放電強度20單位，放電時間700ms，將處理過的毛細玻璃管的兩端都按上述要求熔接上單模光纖即完成傳感器的制作。

三、傳感器的溫度及液位測量應(yīng)用：

當液位傳感器用于測量液位時，將器件的探頭部分即毛細玻璃管部分，垂直放置在要測的液面部分。當水面開始浸沒毛細玻璃管時，器件的傳輸功率會發(fā)生變化，輸出波長的強度會隨著毛細玻璃管浸沒的深度的增加而增加，在整個測量液位的過程中，強度的深度響應(yīng)表現(xiàn)得比較線性，測量精度可以到毫米量級。圖3是實驗中通過功率強度測量所取得的深度靈敏度。由圖示可知光譜中的深度靈敏度為0.906mm/dB。測量所得深度值D可以由以下公式得到：

D_測量＝(I_測量-I_初始)×0.906

I_測量和I_初始是測量和初始的光譜深度值。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。