光纤传感器在液位检测中的应用.pdf

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1、2011年第3O卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)123光纤传感器在液位检测中的应用张玉，孙旋，刘电霆(桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林5411104)摘要：针对目前科学研究和工业生产中常遇到的液位检测问题，介绍一种基于光学全反射和折射原理的光纤传感器，重点论述了传感器探头形状、光源的选择对传感器性能的影响，对传感器的光学传输特性进行了分析。与传统的液位传感器相比，该传感器不受电磁干扰的影响，耐高温，耐高压，抗腐蚀，可在有毒、核辐射等恶劣环境下正常工

2、作。关键词：光纤传感器；液位检测；实时监控中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)06--0123-03Applicationoffiber-opticsensorinliquid-leveldetectionZHANGYu，SUNXuan，LIUDian—ting(SchoolofMechanicalandControlEngineering，GuilinUniversityofTechnology，Guilin541004，China)Abstract：Aimedatthepr

3、oblemofliquid-leveldetectionwhichiSalwaysoccurredinscientificresearchandindustrialproduction．Afiber—opticsensorbasedonopticaltotalreflectionandrefractionisintroduced．Principleeffectofprobeshapeofsensorandthechoiceoflightsourceontheperformanceofsensorisdiscussed．T

4、heopticaltransmissionpropertiesisanalyzed．Comparedwithtraditionalliquid-levelsensors，thefiberopticsensorisnotinfluencedbyelectromagneticinterferenceandcanbearhightemperatureandhighpressure，resistanttocorrosion，itcanworknormallyintheenvironmentoftoxic，nuclearradia

5、tionandotherharshconditions．Keywords：fiber—opticsensor；liquid—leveldetection；realtimemonitoring0引言光纤，传感器探头，输出光纤及光电探测器组成。传感器探科学研究和工业生产中常会遇到液位检测问题，包括头是测量装置的核心，它由光学棱镜和安装定位壳体组成，液位的实时测量、监控报警及自动控制等，目前普遍采用的定位壳体与输入、输出光纤相连接。取探头部分材质的折液位检测方法有超声波、光电式、电容式、电磁式等。光纤射率与纤芯的折射率基本相同

6、，则光从纤芯传到探头界面传感技术从20世纪7O年代中期开始进入研究领域，近年基本保持直线传播。来，人们越来越认识到它的优越性：光纤传感器的无源特性传感器的工作原理基于光学全反射和折射原理，根据对被测对象无任何影响，也不受电磁干扰的影响；耐高温，几何光学原理，光线从光密媒质射人光疏媒质时，折射角大耐高压，抗腐蚀，可在有毒、核辐射等恶劣环境下正常工作；于入射角，在入射角大于临界角时，将产生全反射。光学棱光纤传输的频带宽，动态范围大；光纤传感器的外形几乎没镜相对空气和液体而言为光密媒质，当光线入射到棱镜和有限制，可作成任意形状

7、适用于各种安装条件；光纤与遥测空气或液体介面时，能产生全反射现象，但由于空气和液体技术相配合可实现远距离数据采集与监控；光纤传感器体的折射率不同，全反射临界角不同，因而，入射光线束中产积小，重量轻，具有节约材料和能源的特性，是非常有发展生全反射的光线部分比例也不同。例如：空气，传感器潜能的技术，特别适合应用于易燃易爆的场合⋯。本文介探头和空气的界面处，大部分光满足全反射条件，被反射回绍的光纤液位传感器基于光学全反射和折射原理，重点分输出光纤的芯层内，检测到的光信号较强。但如果传感器析了探头形状、光源对传感器性能的影响，以

8、及光纤传感器探头处于折射率较高的介质时，如液体，大部分光线不满足的光传输特性。1传感器工作原理全反射条件而泄漏，被反射回输出光纤的芯层内的光信号光纤液位传感器的结构框图如图1所示，由光源，输入较弱，检测到的光信号较弱，因此，液位信息就可以通过检收稿日期：2O10_o9—16基金项目：广西教育厅科研计划资助项目(201