專利名稱：非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液位報(bào)警器，具體為非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，采用光纖傳感技術(shù)和非接觸式的機(jī)械設(shè)計(jì)，用于地下管道等惡劣環(huán)境的液位監(jiān)測。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。基于光纖的光學(xué)檢測系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)的光學(xué)傳感系統(tǒng)有很多優(yōu)勢。最主要的一點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定無源的探頭在惡劣環(huán)境中工作，遠(yuǎn)離監(jiān)測站，這在嚴(yán)酷環(huán)境的應(yīng)用中是非常具有優(yōu)勢的因素。但是現(xiàn)有光學(xué)液位報(bào)警器都是采用液面對光的反射，或者通過機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為對光的遮擋的實(shí)現(xiàn)。這些方法中裸露在惡劣環(huán)境中的光學(xué)探頭無法保證長期可靠，如果光學(xué)探頭被環(huán)境污染將無法實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測。光纖布喇格光柵傳感器是光纖傳感技術(shù)中最實(shí)用的傳感器之一。以準(zhǔn)分子紫外激光在光纖纖芯中寫入具有一定中心波長的光纖布喇格光柵，它實(shí)際上是具有選擇性波長反射的無源器件，其反射光波長(即布喇格波長)會(huì)受到外界應(yīng)變等參數(shù)變化的影響而產(chǎn)生波長移動(dòng)。這種傳感器與傳統(tǒng)的機(jī)電傳感器相比具有很多優(yōu)勢，如本質(zhì)防爆、抗電磁干擾、抗輻射、抗腐蝕、耐高溫、體積小、重量輕、靈活方便等，因此其應(yīng)用范圍非常廣泛，并且特別適于易燃易爆和電磁干擾等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器。發(fā)明一種非接觸式的機(jī)械結(jié)構(gòu)和光纖光柵傳感與檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡單可靠的液位監(jiān)測，解決原有液位報(bào)警器機(jī)械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，傳感器長期可靠性差的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，它包括外殼、底板、彈片、護(hù)管、浮子、限位塊、磁鐵一、磁鐵二、傳感光柵、檢測光柵、光纖、光源、光電轉(zhuǎn)換模塊一、光電轉(zhuǎn)換模塊二、比較器和光纖耦合器；所述的外殼固定安裝在護(hù)管上部，所述的底板水平固定在外殼內(nèi)、所述的彈片的一端固定在底板下邊一側(cè)，其彈片自由端安裝著磁鐵二，限位塊安裝于所述的外殼內(nèi)靠彈片自由端處，浮子裝置在護(hù)管內(nèi)，其浮子頂部安裝著磁鐵一，磁鐵一和磁鐵二的安裝極性相反，所述的彈片下表面安裝著傳感光柵，底板上安裝著檢測光柵，所述的光源輸出的光通過光纖稱合器，一部分光進(jìn)入傳感光柵和檢測光柵串聯(lián)的分路中，另一部分的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊二作為參考路，所述的光電轉(zhuǎn)換模塊一接入光纖耦合器，檢測傳感光柵和檢測光柵反射光譜的光強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換模塊一和光電轉(zhuǎn)換模塊二的輸出值接入比較器。本發(fā)明的報(bào)警器中，所述的磁鐵一和磁鐵二的材料是釹鐵硼。本發(fā)明的報(bào)警器中，所述的傳感光柵和檢測光柵是光纖布拉格光柵。本發(fā)明的報(bào)警器中，光源是寬帶光源，輸出光譜覆蓋傳感光柵和檢測光柵的反射光譜。當(dāng)非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器的護(hù)管內(nèi)無液體時(shí)，由于重力作用浮子位于護(hù)管底部，彈片處于水平位置，傳感光柵和檢測光柵的反射光譜重合，光強(qiáng)比例恒定；當(dāng)液位上升到護(hù)管內(nèi)時(shí)，浮子抬起至護(hù)管頂部，由于磁鐵一和磁鐵二的互斥作用彈片抬起，傳感光柵和檢測光柵的反射光譜分離，光強(qiáng)比例增大，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊一和光電轉(zhuǎn)換模塊二檢測后，比較器將輸出報(bào)警信號(hào)。其中磁鐵一和磁鐵二的材料是釹鐵硼，它們的安裝極性相反，靠近時(shí)有互斥作用；傳感光柵和檢測光柵是光纖布拉格光柵；光源是寬帶光源，輸出光譜覆蓋傳感光柵和檢測光柵的反射光譜。本發(fā)明的有益效果是這種非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，采用磁鐵互斥的結(jié)構(gòu)改變彈片的位置，避免了機(jī)械接觸長期可靠性差的問題；采用傳感光柵和檢測光柵光譜重合和分離的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，光學(xué)檢測成本低。


圖I是非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器結(jié)構(gòu)圖。圖2是液位未到報(bào)警位時(shí)非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器示意圖。圖中1.外殼、2.底板、3.彈片、4.護(hù)管、5.浮子、6.限位塊、7.磁鐵一、8.磁鐵二、9.傳感光柵、10.檢測光柵、11.光纖、12.光源、13.光電轉(zhuǎn)換一、14.光電轉(zhuǎn)換二、15.比較器、16.光纖稱合器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，如圖I所示，包括外殼I、底板2、彈片3、護(hù)管4、浮子5、限位塊6、磁鐵一 7、磁鐵二 8、傳感光柵9、檢測光柵10、光纖11、光源12、光電轉(zhuǎn)換模塊一 13、光電轉(zhuǎn)換模塊二 14、比較器15和光纖稱合器16 :外殼I固定安裝在護(hù)管4上部，底板2水平固定在外殼I內(nèi)、彈片3的一端固定在底板2下邊一側(cè)，其彈片自由端安裝著磁鐵二 8,限位塊6安裝于外殼I內(nèi)靠彈片自由端處，浮子5裝置在護(hù)管4內(nèi)，浮子5頂部安裝有磁鐵一 7，彈片3 —端安裝有磁鐵二 8,彈片3下表面安裝有傳感光柵9,底板2上安裝有檢測光柵10,光源12輸出的光通過光纖稱合器16, —部分光進(jìn)入傳感光柵9和檢測光柵10串聯(lián)的分路中，另一部分的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊二 14作為參考路，光電轉(zhuǎn)換模塊一 13接入光纖耦合器，檢測傳感光柵9和檢測光柵10反射光譜的光強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換模塊一 13和光電轉(zhuǎn)換模塊二 14的輸出值接入比較器15。
非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器的護(hù)管4內(nèi)無液體時(shí)，如圖2所示，由于重力作用浮子5位于護(hù)管4底部，彈片3處于水平位置，傳感光柵9和檢測光柵10的反射光譜重合，光強(qiáng)比例恒定；當(dāng)液位上升到護(hù)管4內(nèi)時(shí)，如圖I所示，浮子5抬起至護(hù)管頂部，由于磁鐵一 7和磁鐵二 8的互斥作用彈片3抬起，傳感光柵9和檢測光柵10的反射光譜分離，光強(qiáng)比例增大，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊一 13和光電轉(zhuǎn)換模塊二 14檢測后，比較器15將輸出報(bào)警信號(hào)。其中磁鐵一 7和磁鐵二 8的材料是釹鐵硼(NdFeB)，它們的安裝極性相反，靠近時(shí)有互斥作用；傳感光柵9和檢測光柵10是光纖布拉格光柵；光源12是寬帶光源，輸出光譜覆蓋傳感光柵9和檢測光柵10的反射光譜。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，其特征是它包括外殼(I)、底板(2)、彈片(3)、護(hù)管(4)、浮子(5)、限位塊(6)、磁鐵一(7)、磁鐵二(8)、傳感光柵(9)、檢測光柵(10)、光纖(11)、光源(12)、光電轉(zhuǎn)換模塊一(13)、光電轉(zhuǎn)換模塊二(14)、比較器(15)和光纖稱合器(16);所述的外殼固定安裝在護(hù)管上部，所述的底板水平固定在外殼內(nèi)、所述的彈片的一端固定在底板下邊一側(cè)，其彈片自由端安裝著磁鐵二，限位塊(6)安裝于所述的外殼內(nèi)靠彈片自由端處，浮子(5)裝置在護(hù)管(4)內(nèi)，其浮子頂部安裝著磁鐵一，磁鐵一和磁鐵二的安裝極性相反，所述的彈片下表面安裝著傳感光柵(9)，底板(2)上安裝著檢測光柵(10)，所述的光源輸出的光通過光纖I禹合器(16), —部分光進(jìn)入傳感光柵和檢測光柵串聯(lián)的分路中，另一部分的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊二(14)作為參考路，所述的光電轉(zhuǎn)換模塊一接入光纖耦合器，檢測傳感光柵和檢測光柵反射光譜的光強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換模塊一和光電轉(zhuǎn)換模塊二的輸出值接入比較器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，其特征是磁鐵一(7)和磁鐵二(8)的材料是釹鐵硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，其特征是傳感光柵(9)和檢測光柵(10)是光纖布拉格光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，其特征是光源(12)是寬帶光源，輸出光譜覆蓋傳感光柵和檢測光柵的反射光譜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸式光纖光柵液位報(bào)警器，包括外殼、底板、彈片、護(hù)管、浮子、限位塊、磁鐵一、磁鐵二、傳感光柵、檢測光柵、光纖、光源、光電轉(zhuǎn)換模塊一、光電轉(zhuǎn)換模塊二、比較器和光纖耦合器，浮子頂部安裝著磁鐵一，彈片一端安裝著磁鐵二，彈片下表面安裝著傳感光柵，底板上安裝著檢測光柵，光源輸出的光通過光纖耦合器，一部分光進(jìn)入傳感光柵和檢測光柵串聯(lián)的分路中，另一部分的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊二作為參考路，光電轉(zhuǎn)換模塊一接入光纖耦合器，檢測傳感光柵和檢測光柵反射光譜的光強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換模塊一和光電轉(zhuǎn)換模塊二的輸出值接入比較器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，長期可靠性好，成本低。
文檔編號(hào)G01F23/30GK102620797SQ201210081720
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者林斌, 程健, 范典 申請人:武漢理工大學(xué)