利用光学衰荡信号测量液位的系统技术方案

该发明专利技术公开了利用光学衰荡信号测量液位的系统，包括高反射膜、光学谐振腔、耦合器、脉冲光源和光电探测器；高反射膜固定在光学谐振腔的左右两个内表面，光学谐振腔是一个顶部敞口的开放腔体；耦合器单端输出连接至光学谐振腔，脉冲光源连接至耦合器；脉冲光源发出的光经过耦合器进入光学谐振腔，光学谐振腔放置在容器底部，容器中液体会进入到光学谐振腔中，光束经过第一个高反射膜入射到第二个高反射膜后再返回光纤，光学谐振腔的反射光透过高反射膜后一部分继续在光学谐振腔内振荡，另外一部分返回到光纤中，经过耦合器进入光电探测器。通光学谐振腔，制作出一种安全、简易的液位测量系统。通过脉冲光的衰荡检测，可以测量液体的密度，进而反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，且无源防爆，并进一步提高测量准确率，且该测量结果不易受温度影响。

System for measuring liquid level by optical ring down signal

The invention discloses optical ring down signal level measurement system, including high reflection film, optical resonant cavity, coupler, pulse light source and photoelectric detector; high reflection film fixed on the optical cavity around two inner surface, optical resonant cavity is an open top open cavity; single output coupler connected to the optical cavity, the pulse light source is connected to the coupler; pulse light emitted from the light source through the coupler into the optical resonant cavity, optical resonator is placed at the bottom of the container, the liquid in the container will enter into the optical cavity, light from the first incident to the high reflection film second high reflective film and then return to the optical fiber, optical reflection resonant cavity light through the high reflection film after a part of continuing in the optical resonant cavity oscillation, the other part is returned to the fiber coupler into a photoelectric detector, after . Through the optical resonator, a safe and simple liquid level measuring system is made. The density of the liquid can be measured by the ring down detection of the pulse light, and then the residual quantity of the liquid can be deduced. The measuring device has the advantages of small volume, passive explosion-proof and further improvement of the measurement accuracy, and the measurement result is not easy to be affected by temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感
，特别涉及一种利用光学衰荡信号测量液位的系统。
技术介绍
光纤传感器由于具有很多优点,并且与传统传感器相比具有一些不可替代的功能,因而得到日益广泛的应用。光纤传感技术的防爆、无源、抗电磁干扰、防火、体积小、重量轻、复用性好、响应速度快、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点而被广泛地应用于各行各业，尤其是在液体测量领域。在光纤传感器中,干涉型的传感器精度最高，干涉型光纤传感器按其结构分为迈克耳逊、马赫曾德尔、赛格纳克和法布里珀罗(FabryPerot)腔(简称FP)等几种类型，光纤FP腔干涉式传感器结构简单,较易实现,是常用的干涉型光纤传感器，它不仅具有一般光纤传感器可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等特点,还具有测量精度高、动态范围大、线性度好等优良特性,并因为只使用一根光纤就可实现传感测量而得到广泛研究。光纤FP型传感器传感头体积小,可制成嵌入式灵巧结构型光纤传感器,国外有将其用于大坝、桥梁等建筑物实时变形监测的报道。这种传感器可以直接进行压力的测量，但是易受温度影响。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用光学衰荡信号测量液位的系统，该系统可以进一步通过探测器信噪比，更好地记录输出脉冲信号，并进一步提高测量准确率，且该测量结果不易受温度影响。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：该种利用光学衰荡信号测量液位的系统，其特征在于：包括高反射膜、光学谐振腔、耦合器、脉冲光源和光电探测器；高反射膜固定在光学谐振腔的左右两个内表面，光学谐振腔是一个顶部敞口的开放腔体；耦合器单端输出连接至光学谐振腔，脉冲光源连接至耦合器；脉冲光源发出的光经过耦合器进入光学谐振腔，光学谐振腔放置在容器底部，容器中液体会进入到光学谐振腔中，光束经过第一个高反射膜入射到第二个高反射膜后再返回光纤，光学谐振腔的反射光透过高反射膜后一部分继续在光学谐振腔内振荡，另外一部分返回到光纤中，经过耦合器进入光电探测器。进一步地，所述的光学谐振腔的腔长为20微米至800微米。进一步地，所述的高反射膜为介质膜或金属膜。进一步地，高反射膜的反射率为99.9%以上。进一步地，所述的光学谐振腔为平行平面腔。综上，本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：通光学谐振腔，制作出一种安全、简易的液位测量系统。通过脉冲光的衰荡检测，可以测量液体的密度，进而反推出液体的剩余量。这种测量设备体积小，且无源防爆，并进一步提高测量准确率，且该测量结果不易受温度影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1高反射膜、2光学谐振腔、3耦合器、4脉冲光源、5光电探测器。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本专利技术，并非以此限定本专利技术的保护范围。如图1所示，该专利技术包括高反射膜1、光学谐振腔2、耦合器3、脉冲光源4和光电探测器5；高反射膜固定在光学谐振腔的左右两个内表面，光学谐振腔是一个顶部敞口的开放腔体；耦合器单端输出连接至光学谐振腔，脉冲光源连接至耦合器；脉冲光源发出的光经过耦合器进入光学谐振腔，光学谐振腔放置在容器底部，容器中液体会进入到光学谐振腔中，光束经过第一个高反射膜入射到第二个高反射膜后再返回光纤，光学谐振腔的反射光透过高反射膜后一部分继续在光学谐振腔内振荡，另外一部分返回到光纤中，经过耦合器进入光电探测器。所述的光学谐振腔的腔长为20微米至800微米。所述的光学谐振腔为平行平面腔。脉冲光源发出的光经过耦合器进入到光学谐振腔，光学谐振腔是一个开放腔体，腔长可以是几十微米或几百微米，优选的，光学谐振腔的腔长为20微米至800微米。其中高反射膜固定在光学谐振腔左右的两个内表面，高反射膜可以是介质膜也可以是金属膜，反射率达到99.9%以上，这样就构成了高精度的光学法布里-伯罗腔，使用中，将该光学谐振腔放置在容器底部，容器中液体会进入到腔体中，光束经过第一个高反射膜，入射到第二个高反射膜，再返回光纤，该腔体的反射光透过高反射膜后一部分继续在腔内振荡，另外一部分返回到光纤中，经过耦合器进入光电探测器，第一次反射的光进入光学探测器后，会在终端形成具有一定峰值的电脉冲信号，将其记录下来；而再次在光学谐振腔中振荡的光束，又会有一部分返回的光束进入光电探测器后，又会产生光脉冲，这样就会有持续的光脉冲进入到光电探测器，直至光信号衰减到被探测器噪声淹没为止都可以接收到信号。将一系列光信号记录下来，沿峰值绘制一条曲线，也即是振荡曲线，对曲线进行拟合分析，这样会得到一个参数，此参数描述振荡曲线的变化率，而这个变化率，则代表了液体的密度。将该光学谐振腔放入容器底部，通过观察衰荡参数的变化，既能得出容器内的液体密度，再通过液体密度反推出液体的体积，通过体积变换，即可实现液体高度的测量。该装置可以进一步通过探测器信噪比，更好地记录输出脉冲信号，并进一步提高测量准确率。腔内液体的密度发生变化，就会导致光学谐振腔中的光束经过的光程发生变化，且程变化的量是波长变化量的2N倍，因此可以实现高分辨率的液位测量。测量方法为：光源可以是扫描光源，也可以是ASE光源加声光、电光调制器或SLD脉冲光源，输出光谱波段为C波段，耦合器单端输出连接至光学谐振腔，将谐振腔放置于容器底部，让液体流入空腔中，光纤可以是单模光纤，也可以是多模光纤。光束会在两个面内反射，每反射一次就会有一部分微弱光信号透过高反膜入射到光纤内，再经过耦合器进入到探测器，就会得到一系列信号逐步衰减的信号，通过对信号波形的数学拟合，可以得出一个衰减系数，此参数描述振荡曲线的变化率，而这个变化率，则代表了液体的密度。将该光学谐振腔放入容器底部，通过观察衰荡参数的变化，既能得出容器内的液体密度，再通过液体密度反推出液体的体积，通过体积变换，即可实现液体高度的测量。上述实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行的描述，并非对本专利技术的范围进行限定，在不脱离本专利技术设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本专利技术的各种变形和改进，均应扩入本专利技术权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用光学衰荡信号测量液位的系统，其特征在于：包括高反射膜（1）、光学谐振腔（2）、耦合器（3）、脉冲光源（4）和光电探测器（5）；高反射膜（1）固定在光学谐振腔（2）的左右两个内表面，光学谐振腔（2）是一个顶部敞口的开放腔体；耦合器（3）单端输出连接至光学谐振腔（2），脉冲光源（4）连接至耦合器（3）；脉冲光源（4）发出的光经过耦合器（3）进入光学谐振腔（2），光学谐振腔（2）放置在容器底部，容器中液体会进入到光学谐振腔（2）中，光束经过第一个高反射膜入射到第二个高反射膜后再返回光纤，光学谐振腔（2）的反射光透过高反射膜（1）后一部分继续在光学谐振腔（2）内振荡，另外一部分返回到光纤中，经过耦合器（3）进入光电探测器（5）。

【技术特征摘要】
1.利用光学衰荡信号测量液位的系统，其特征在于：包括高反射膜（1）、光学谐振腔（2）、耦合器（3）、脉冲光源（4）和光电探测器（5）；高反射膜（1）固定在光学谐振腔（2）的左右两个内表面，光学谐振腔（2）是一个顶部敞口的开放腔体；耦合器（3）单端输出连接至光学谐振腔（2），脉冲光源（4）连接至耦合器（3）；脉冲光源（4）发出的光经过耦合器（3）进入光学谐振腔（2），光学谐振腔（2）放置在容器底部，容器中液体会进入到光学谐振腔（2）中，光束经过第一个高反射膜入射到第二个高反射膜后再返回光纤，光学谐振腔（2）的反射光透过高反射膜（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韵，
申请(专利权)人：天津市欧斯曼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12