本发明专利技术提供一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，包括光频域反射计OFDR和传感光纤，传感光纤包括传输光纤和引导光纤；OFDR将光信号提供给传输光纤，引导光纤将光信号从传输光纤中引导出来沿着引导光纤的包层与空气界面传输，在引导光纤上传输的光信号从空气入射到液体中时，引导光纤上与液面接触的对应位置处产生强反射峰，强反射峰随着反向传输的倏逝场通过引导光纤、传输光纤被传输回OFDR，OFDR将所述倏逝场转换为电信号，在液位测量时，根据所述电信号中强反射峰的位置，确定所述液位的位置。本发明专利技术液位测量装置同时具有高测量精度、长测量距离、高信噪比且对温度不敏感的特性。不敏感的特性。不敏感的特性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置
[0001]本专利技术属于液位测量领域，具体涉及一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置。
技术介绍
[0002]液位传感在化工加工、燃料储存和运输系统、油罐/储油罐和污水处理厂等工业应用中起着至关重要的作用。现有的液位传感装置要么测量精度不够，要么测量距离不够，要么信噪比不高，要么对温度敏感。因此急需研发出一种同时具有高测量精度、长测量距离、高信噪比且对温度不敏感的液位测量装置。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，以解决目前液位传感装置不同时具备高精度、长测量距离、高信噪比以及对温度不敏感特性的问题。
[0004]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，包括光频域反射计OFDR和传感光纤，所述传感光纤包括传输光纤和引导光纤；所述OFDR将光信号提供给所述传输光纤，所述引导光纤将所述光信号从所述传输光纤中引导出来沿着所述引导光纤的包层与空气界面传输，在所述引导光纤上传输的光信号从空气入射到液体中时，所述引导光纤上与液面接触的对应位置处产生强反射峰，所述强反射峰随着反向传输的倏逝场通过所述引导光纤、传输光纤被传输回所述OFDR，所述OFDR将所述倏逝场转换为电信号，在液位测量时，根据所述电信号中强反射峰的位置，确定所述液位的位置。
[0005]在一种可选的实现方式中，所述OFDR包括激光器、第一耦合器、辅助干涉仪、主干涉仪和数据采集卡，所述激光器与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的第一输出端连接所述辅助干涉仪，第二输出端连接所述主干涉仪，所述辅助干涉仪和主干涉仪分别与所述数据采集卡连接；
[0006]所述第一耦合器将所述激光器提供的光信号分成两路，第一路传输给所述辅助干涉仪，第二路传输给所述主干涉仪，所述辅助干涉仪对所述第一路中的部分光信号以及所述第一路中经延迟处理后的另一部分光信号进行拍频，转换生成第一拍频电信号；所述主干涉仪将所述第二路中的一部分光信号通过所述传输光纤传输给所述引导光纤，所述引导光纤上与液面接触的对应位置处产生的强反射峰随着倏逝场反向传输回所述主干涉仪，所述主干涉仪对所述倏逝场以及所述第二路中的另一部分光信号进行拍频，转换生成第二拍频电信号，抑制了所述倏逝场中的强度噪声；所述数据采集卡分别对所述第一拍频电信号和第二拍频电信号进行同步采集；
[0007]根据所述第一拍频电信号解调出所述光信号的瞬时光频信息，根据所述第二拍频电信号解调出所述倏逝场中强反射峰的位置，从而确定所述液位的位置，在解调所述第二拍频电信号时，根据所述瞬时光频信息对所述第二拍频电信号进行非线性调谐补偿。
[0008]在另一种可选的实现方式中，所述辅助干涉仪包括第二耦合器、延迟光纤、第三耦合器和第一平衡放大光电探测器，所述第一耦合器的第一输出端连接所述第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的第一输出端连接所述第三耦合器的第一输入端，第二输出端通过所述延迟光纤连接所述第三耦合器的第二输入端，所述第三耦合器的输出端连接所述第一平衡放大光电探测器的输入端，所述第一平衡放大光电探测器的输出端连接所述数据采集卡。
[0009]在另一种可选的实现方式中，所述第一耦合器将所述激光器提供的光信号分成两路后，将第一路传输给所述第二耦合器，所述第二耦合器将所述第一路中的一部分光信号直接传输给所述第三耦合器，将所述第一路中的另一部分光信号经所述延迟光纤延迟处理后传输给所述第三耦合器；
[0010]所述第三耦合器对所述第一路中的一部分光信号以及经延迟处理后的另一部分光信号拍频，生成第一拍频光信号，并将所述第一拍频光信号传输给所述第一平衡放大光电探测器；所述第一平衡放大光电探测器将所述第一拍频光信号转换为所述第一拍频电信号。
[0011]在另一种可选的实现方式中，所述主干涉仪包括第四耦合器、偏振控制器、环形器、第五耦合器和第二平衡放大光电探测器，其中所述第一耦合器的第二输出端连接所述第四耦合器的输入端，所述第四耦合器的第一输出端通过所述偏振控制器连接所述第五耦合器的第一输入端，第二输出端连接所述环形器的第一端，所述环形器的第二端连接所述传输光纤，第三端连接所述第五耦合器的第二输入端；所述第五耦合器的输出端连接所述第二平衡放大光电探测器的输入端，所述第二平衡放大光电探测器的输出端连接所述数据采集卡。
[0012]在另一种可选的实现方式中，所述第一耦合器将所述激光器提供的光信号分成两路后，将第二路传输给所述第四耦合器，所述第四耦合器将所述第二路中的一部分光信号传输给所述偏振控制器，所述偏振控制器对所述一部分光信号进行偏振控制后传输给所述第五耦合器；
[0013]所述第四耦合器将所述第二路中的另一部分光信号传输给所述环形器的第一端，此后所述另一部分光信号从所述环形器的第二端输出，并通过所述传输光纤传输给所述引导光纤，所述引导光纤上与液面接触的对应位置处产生的强反射峰随着倏逝场反向传输回所述环形器的第二端，此后所述强反射峰随着倏逝场从所述环形器的第三端传输至所述第五耦合器；
[0014]所述第五耦合器对所述一部分光信号以及包括强反射峰的倏逝场进行拍频，生成第二拍频光信号，并将所述第二拍频光信号传输给所述第二平衡放大光电探测器；所述第二平衡放大光电探测器将所述第二拍频光信号转换为所述第二拍频电信号。
[0015]在另一种可选的实现方式中，所述数据采集卡的外部触发采集信号为所述激光器波长扫描时输出的电平信号。
[0016]在另一种可选的实现方式中，所述传输光纤为单模光纤。
[0017]在另一种可选的实现方式中，所述引导光纤为无芯光纤或经处理后的多模光纤。
[0018]在另一种可选的实现方式中，所述数据采集卡与处理器连接，所述数据采集卡分别对所述第一拍频电信号和第二拍频电信号进行采集，并传输给所述处理器；
[0019]所述处理器根据所述第一拍频电信号解调出所述光信号的瞬时光频信息，根据所述第二拍频电信号解调出所述倏逝场中强反射峰的位置，从而对所述液位进行测量，在解调所述第二拍频电信号时，根据所述瞬时光频信息对所述第二拍频电信号进行非线性调谐补偿。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术基于倏逝场，使OFDR提供的光信号沿着引导光纤的包层与空气界面传输，利用空气折射率与液体折射率相差很大的特性，使得引导光纤在与液面接触的对应位置处产生强反射峰，强反射峰随着倏逝场反向传输回OFDR，OFDR将倏逝场转换为电信号，由于强反射峰产生在液面处，因此根据电信号中强反射峰的位置，可以实现液位测量，本专利技术液位测量方式简单，且只需要确定强反射峰的位置就可确定液面位置，因而数据处理方法也很简单；本专利技术产生的强反射峰的强度值相比于倏逝场中其他强度值高很多，因此采集到倏逝场的信噪比很高，更易识别出倏逝场中的强反射峰；本专利技术采用OFDR对倏逝场进行测量，可以提高测量精度，实现高精度实时监测，并且即便是很小的信号OFDR也本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，其特征在于，包括光频域反射计OFDR和传感光纤，所述传感光纤包括传输光纤和引导光纤；所述OFDR将光信号提供给所述传输光纤，所述引导光纤将所述光信号从所述传输光纤中引导出来沿着所述引导光纤的包层与空气界面传输，在所述引导光纤上传输的光信号从空气入射到液体中时，所述引导光纤上与液面接触的对应位置处产生强反射峰，所述强反射峰随着反向传输的倏逝场通过所述引导光纤、传输光纤被传输回所述OFDR，所述OFDR将所述倏逝场转换为电信号，在液位测量时，根据所述电信号中强反射峰的位置，确定所述液位的位置。2.根据权利要求1所述的基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，其特征在于，所述OFDR包括激光器、第一耦合器、辅助干涉仪、主干涉仪和数据采集卡，所述激光器与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的第一输出端连接所述辅助干涉仪，第二输出端连接所述主干涉仪，所述辅助干涉仪和主干涉仪分别与所述数据采集卡连接；所述第一耦合器将所述激光器提供的光信号分成两路，第一路传输给所述辅助干涉仪，第二路传输给所述主干涉仪，所述辅助干涉仪对所述第一路中的部分光信号以及所述第一路中经延迟处理后的另一部分光信号进行拍频，转换生成第一拍频电信号；所述主干涉仪将所述第二路中的一部分光信号通过所述传输光纤传输给所述引导光纤，所述引导光纤上与液面接触的对应位置处产生的强反射峰随着倏逝场反向传输回所述主干涉仪，所述主干涉仪对所述倏逝场以及所述第二路中的另一部分光信号进行拍频，转换生成第二拍频电信号，抑制了所述倏逝场中的强度噪声；所述数据采集卡分别对所述第一拍频电信号和第二拍频电信号进行同步采集；根据所述第一拍频电信号解调出所述光信号的瞬时光频信息，根据所述第二拍频电信号解调出所述倏逝场中强反射峰的位置，从而确定所述液位的位置，在解调所述第二拍频电信号时，根据所述瞬时光频信息对所述第二拍频电信号进行非线性调谐补偿。3.根据权利要求2所述的基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，其特征在于，所述辅助干涉仪包括第二耦合器、延迟光纤、第三耦合器和第一平衡放大光电探测器，所述第一耦合器的第一输出端连接所述第二耦合器的输入端，所述第二耦合器的第一输出端连接所述第三耦合器的第一输入端，第二输出端通过所述延迟光纤连接所述第三耦合器的第二输入端，所述第三耦合器的输出端连接所述第一平衡放大光电探测器的输入端，所述第一平衡放大光电探测器的输出端连接所述数据采集卡。4.根据权利要求3所述的基于光频域反射计和界面反射的液位测量装置，其特征在于，所述第一耦合器将所述激光器提供的光信号分成两路后，将第一路传输给所述第二耦合器，所述第二耦合器将所述第一路中的一部分光信号直接传输给所述第三耦合器，将所述第一路中的另一部分光信号经所述延迟光纤延迟处理后传输给所述第三耦合器；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹国路，朱涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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