本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于微槽結(jié)構(gòu)高分辨率的聚合物光纖液位傳感裝置。

背景技術(shù)：

液位傳感器應(yīng)用環(huán)境一般較為復(fù)雜，經(jīng)常需要在高壓、低溫、強(qiáng)電磁干擾等復(fù)雜環(huán)境下測(cè)量，且其應(yīng)用范圍廣，例如監(jiān)測(cè)飛機(jī)燃油系統(tǒng)液位、監(jiān)測(cè)液體原料或制品的存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中的液位等，因此要求液位傳感器適應(yīng)能力較強(qiáng)。例如傳統(tǒng)的電子類(lèi)液位傳感器，對(duì)電纜中的干擾和寄生電容很敏感，所以精度較差，易受干擾，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果；傳統(tǒng)的電阻式液位計(jì)測(cè)量精度受液體污染的影響較大，而且探針的污染和沉積物，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出結(jié)果，并且在直流工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電解，以致響應(yīng)速度慢。

相比于以上兩種傳統(tǒng)傳感器，光纖液位傳感器的優(yōu)點(diǎn)有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)，可以在極為惡劣的環(huán)境下使用。另外光纖液位傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便安裝、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服背景技術(shù)存在的不足，提供一種新型的，可高精度測(cè)量的聚合物光纖液位傳感裝置，其根據(jù)微槽內(nèi)不同液位高度可以影響光纖中光功率的傳輸損耗，以實(shí)現(xiàn)液位傳感。

上述的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種新型微槽聚合物光纖液位傳感裝置，其結(jié)構(gòu)有半導(dǎo)體激光器1、第一光纖耦合器2、光纖傳感頭3、第二光纖耦合器4、光電探測(cè)器5和數(shù)字示波器6；其特征在于，所述的光纖傳感頭3是一段具有微槽結(jié)構(gòu)的階躍多模聚合物光纖，每個(gè)微槽的深度為50um，寬度為50um，所有微槽均處于所述的階躍多模聚合物光纖的一條母線(xiàn)上，相臨兩個(gè)微槽的中心距離為250um，所述的階躍多模聚合物光纖的外直徑為1mm，包層厚度20um，纖芯直徑為960um；其中，半導(dǎo)體激光器 1通過(guò)光纖與第一光纖耦合器2相連，第一光纖耦合器2與光纖傳感頭3的一端相連，光纖傳感頭3的另一端與第二光纖耦合器4連接，第二光纖耦合器4與光電探測(cè)器5的輸入端連接，光電探測(cè)器5的輸出端與數(shù)字示波器6連接。

本實(shí)用新型中，所述的光纖傳感頭3中微槽的數(shù)量?jī)?yōu)選40個(gè)。

本實(shí)用新型有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型適用范圍廣，可以在15℃～70℃范圍內(nèi)，不受溫度的影響。

2、本實(shí)用新型可以對(duì)很小的液面變化產(chǎn)生線(xiàn)性響應(yīng)，精度高。

3、本實(shí)用新型的光纖傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，分辨率高，最高達(dá)到200μm。

附圖說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型一種新型微槽聚合物光纖液位傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型一種新型微槽聚合物光纖液位傳感裝置的光纖傳感頭的軸向切面示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的光功率損耗隨液位高度變化的關(guān)系曲線(xiàn)圖。

圖4為本實(shí)用新型的測(cè)量結(jié)果隨溫度變化的曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明

實(shí)施例1光纖傳感頭

取一段10cm長(zhǎng)的階躍多模聚合物光纖，該聚合物光纖由日本三菱公司生產(chǎn), 型號(hào)為ESKA-CK40,光纖的外直徑是1mm,纖芯直徑是960μm,纖芯由聚甲基丙烯酸甲酯構(gòu)成,纖芯折射率為1.492,包層厚度是20μm,包層由氟樹(shù)脂構(gòu)成,包層折射率為1.417,數(shù)值孔徑NA＝0.467,傳輸損耗是200dB/km。使用中心波長(zhǎng)為800nm、脈沖寬度為110fs、重復(fù)頻率為1kHz的飛秒激光器沿所選用的10cm聚合物光纖的一條母線(xiàn)的中間1cm長(zhǎng)度范圍內(nèi)均勻加工間隔為200μm的微槽40個(gè)，每個(gè)微槽深度和寬度均為50μm，微槽的軸向切面圖如附圖2。

實(shí)施例2整體結(jié)構(gòu)

裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，半導(dǎo)體激光器1通過(guò)光纖與第一光纖耦合器2 相連，第一光纖耦合器2與光纖傳感頭3的一端相連，光纖傳感頭3的另一端與第二光纖耦合器4連接，第二光纖耦合器4與光電探測(cè)器5的輸入端連接，光電探測(cè)器5的輸出端與數(shù)字示波器6連接。將光纖傳感頭3用夾具固定后放入玻璃容器中，光纖傳感頭垂直于玻璃容器中的液面，且當(dāng)玻璃容器中的液面發(fā)生變化時(shí)，要保證光纖傳感頭3不能移動(dòng)或傾斜。

實(shí)施例3測(cè)量液面

按附圖1連接好實(shí)驗(yàn)裝置，半導(dǎo)體激光器1輸出激光，將初始光功率電壓值設(shè)置為62mV,光信號(hào)通過(guò)第一光纖耦合器2進(jìn)入光纖傳感頭3中，向放有光纖傳感頭3的玻璃容器內(nèi)不斷加入蒸餾水，借助一個(gè)顯微鏡精確記錄液位高度，保證每次加入蒸餾水后液面高度增加200μm。由于蒸餾水的折射率(n＝1.33)大于空氣折射率(n＝1)，當(dāng)微槽被蒸餾水覆蓋后因槽內(nèi)介質(zhì)折射率發(fā)生變化，進(jìn)而影響通過(guò)刻槽的光信號(hào)的光功率。光功率改變后的光信號(hào)通過(guò)第二耦合器4輸出到光電探測(cè)器5，光電探測(cè)器5將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后由數(shù)字示波器6記錄每次液位變化時(shí)的電壓值，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感液位的目的。最后將得到的數(shù)據(jù)匯總繪制成光功率損耗隨液位高度變化的曲線(xiàn)，如附圖3,圖中液位高度為蒸餾水與傳感頭3底端的相對(duì)高度。由附圖3可以看出，隨著加入蒸餾水的水位的升高，本實(shí)用新型的光功率的損耗隨著液位的升高而降低。

實(shí)施例4溫度影響

將實(shí)施例中所用的液體由蒸餾水換成甘油濃度為60％的混合溶液(n＝1.42)，并將液位保持在可以覆蓋所有刻槽的高度，同時(shí)在玻璃容器底部放一加熱平臺(tái)，來(lái)改變?nèi)萜鲀?nèi)蒸餾水溫度，觀(guān)察每次液位變化時(shí)的電壓值，繪制溫度對(duì)微槽塑料光纖液位傳感器的影響曲線(xiàn)，如附圖4。由附圖4可以看出，當(dāng)溫度在15℃～70℃范圍內(nèi)變化時(shí)，光功率的損耗幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明本實(shí)用新型的傳感特性不易受溫度的影響。