非接触式光纤光栅液位报警器

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非接触式光纤光栅液位报警器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种液位报警器，具体为非接触式光纤光栅液位报警器，采用光纤传感技术和非接触式的机械设计，用于地下管道等恶劣环境的液位监测。\n背景技术\n[0002] 光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。基于光纤的光学检测系统相比较于传统的光学传感系统有很多优势。最主要的一点是可以设计一个稳定无源的探头在恶劣环境中工作，远离监测站，这在严酷环境的应用中是非常具有优势的因素。但是现有光学液位报警器都是采用液面对光的反射，或者通过机械结构转换为对光的遮挡的实现。这些方法中裸露在恶劣环境中的光学探头无法保证长期可靠，如果光学探头被环境污染将无法实现液位监测。\n[0003] 光纤布喇格光栅传感器是光纤传感技术中最实用的传感器之一。以准分子紫外激光在光纤纤芯中写入具有一定中心波长的光纤布喇格光栅，它实际上是具有选择性波长反射的无源器件，其反射光波长（即布喇格波长）会受到外界应变等参数变化的影响而产生波长移动。这种传感器与传统的机电传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗辐射、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于易燃易爆和电磁干扰等恶劣环境中的应用。\n发明内容\n[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种非接触式光纤光栅液位报警器。发明一种非接触式的机械结构和光纤光栅传感与检测系统，实现简单可靠的液位监测，解决原有液位报警器机械结构不稳定，传感器长期可靠性差的问题。\n[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非接触式光纤光栅液位报警器，它包括外壳、底板、弹片、护管、浮子、限位块、磁铁一、磁铁二、传感光栅、检测光栅、光纤、光源、光电转换模块一、光电转换模块二、比较器和光纤耦合器；所述的外壳固定安装在护管上部，所述的底板水平固定在外壳内、所述的弹片的一端固定在底板下边一侧，其弹片自由端安装着磁铁二，限位块安装于所述的外壳内靠弹片自由端处，浮子装置在护管内，其浮子顶部安装着磁铁一，磁铁一和磁铁二的安装极性相反，所述的弹片下表面安装着传感光栅，底板上安装着检测光栅，所述的光源输出的光通过光纤耦合器，一部分光进入传感光栅和检测光栅串联的分路中，另一部分的光进入光电转换模块二作为参考路，所述的光电转换模块一接入光纤耦合器，检测传感光栅和检测光栅反射光谱的光强，光电转换模块一和光电转换模块二的输出值接入比较器。\n[0006] 本发明的报警器中，所述的磁铁一和磁铁二的材料是钕铁硼。\n[0007] 本发明的报警器中，所述的传感光栅和检测光栅是光纤布拉格光栅。\n[0008] 本发明的报警器中，光源是宽带光源，输出光谱覆盖传感光栅和检测光栅的反射光谱。\n[0009] 当非接触式光纤光栅液位报警器的护管内无液体时，由于重力作用浮子位于护管底部，弹片处于水平位置，传感光栅和检测光栅的反射光谱重合，光强比例恒定；当液位上升到护管内时，浮子抬起至护管顶部，由于磁铁一和磁铁二的互斥作用弹片抬起，传感光栅和检测光栅的反射光谱分离，光强比例增大，经过光电转换模块一和光电转换模块二检测后，比较器将输出报警信号。其中磁铁一和磁铁二的材料是钕铁硼，它们的安装极性相反，靠近时有互斥作用；传感光栅和检测光栅是光纤布拉格光栅；光源是宽带光源，输出光谱覆盖传感光栅和检测光栅的反射光谱。\n[0010] 本发明的有益效果是：这种非接触式光纤光栅液位报警器，采用磁铁互斥的结构改变弹片的位置，避免了机械接触长期可靠性差的问题；采用传感光栅和检测光栅光谱重合和分离的设计，结构简单，光学检测成本低。\n附图说明\n[0011] 图1是非接触式光纤光栅液位报警器结构图。\n[0012] 图2是液位未到报警位时非接触式光纤光栅液位报警器示意图。\n[0013] 图中：1.外壳、2.底板、3.弹片、4.护管、5.浮子、6.限位块、7.磁铁一、8.磁铁二、9.传感光栅、10.检测光栅、11.光纤、12.光源、13.光电转换模块一、14.光电转换模块二、15.比较器、16.光纤耦合器。\n具体实施方式\n[0014] 本发明的非接触式光纤光栅液位报警器，如图1所示，包括外壳1、底板2、弹片3、护管4、浮子5、限位块6、磁铁一7、磁铁二8、传感光栅9、检测光栅10、光纤11、光源12、光电转换模块一13、光电转换模块二14、比较器15和光纤耦合器16：外壳1固定安装在护管\n4上部，底板2水平固定在外壳1内、弹片3的一端固定在底板2下边一侧，其弹片自由端安装着磁铁二8，限位块6安装于外壳1内靠弹片自由端处，浮子5装置在护管4内，浮子5顶部安装有磁铁一7，弹片3一端安装有磁铁二8，弹片3下表面安装有传感光栅9，底板2上安装有检测光栅10，光源12输出的光通过光纤耦合器16，一部分光进入传感光栅9和检测光栅10串联的分路中，另一部分的光进入光电转换模块二14作为参考路，光电转换模块一13接入光纤耦合器，检测传感光栅9和检测光栅10反射光谱的光强，光电转换模块一13和光电转换模块二14的输出值接入比较器15。\n[0015] 非接触式光纤光栅液位报警器的护管4内无液体时，如图2所示，由于重力作用浮子5位于护管4底部，弹片3处于水平位置，传感光栅9和检测光栅10的反射光谱重合，光强比例恒定；当液位上升到护管4内时，如图1所示，浮子5抬起至护管顶部，由于磁铁一7和磁铁二8的互斥作用弹片3抬起，传感光栅9和检测光栅10的反射光谱分离，光强比例增大，经过光电转换模块一13和光电转换模块二14检测后，比较器15将输出报警信号。\n其中磁铁一7和磁铁二8的材料是钕铁硼（NdFeB），它们的安装极性相反，靠近时有互斥作用；传感光栅9和检测光栅10是光纤布拉格光栅；光源12是宽带光源，输出光谱覆盖传感光栅9和检测光栅10的反射光谱。