光纤传感器在精确测量技术应用中的运用(光纤线水位传感器基本原理)

引言：文中具体详细介绍由光纤传感器与根据 CAN总线互联网构成本的石化厂储油罐液位仪、溫度数据信号实时监测系统软件的方案设计，从而剖析出光纤传感器在精确测量技术应用中的运用及其光纤线水位传感器、光纤线温度感应器及光纤线液位仪报警系统佳结构特点与应用。

1、 序言 -光纤传感器与检测工艺是仪表设备行业新的发展前景

因为光纤传感器及技术性具备较其他感应器无可比拟的特性，因此 近年来，光纤传感器与检测技术性发展趋势变成仪表设备行业新的发展前景，而新式光纤传感器无非有下述特性：

* 光纤传感器具备良好的传光特性，传光耗损不大，现阶段耗损能做到≤0.2 dB/km的水准。

* 光纤传感器频段宽，可开展快速精确测量，敏感度和线性好。

* 光纤传感器容积不大，重量较轻，能在严酷条件下开展非接触式、非毁灭性及其长距离精确测量。

还具备精确度高、稳定性好、原料硅資源韦富、抗干扰信号，耐腐蚀、耐髙压、绝缘特性好、可以环绕曲、防爆型、频段宽、耗损劣等特性。与此同时，它还有利于与电脑相接，完成数字化和长距离监管。对传统式的感应器具有拓展提升的功效，许多情形下可以进行前面一种难以进行乃至不可以进行的仟务。

恰好是因为光纤传感器具备众多独具特色优点，能够化解很多传统式感应器没法化解的难题， 故自打它诞生至今，就被普遍使用于诊疗、交通出行、电力工程、机械设备、石油化工设备、工业建筑及其航天航空等各行各业。恰逢，将探讨光纤传感器在石化工业行业运用，即石化厂储油罐液位仪、溫度数据信号实时监测系统软件中的方案设计(见图0所显示)。正因该检测系统运用了光纤线水位传感器、光纤线温度感应器及光纤线液位仪报警系统.因此先对于此事相关的光纤传感器技术性作一详细介绍。

2、光纤传感器构成与种类

光纤传感器一般是由灯源、插口、光导、光调配组织、光电探测器和信号分析系统软件等部份构成。来源于灯源的光源，根据插口进到光纤线，随后将检验的主要参数调配成力度、相位差、颜色或光的偏振信息内容，最终运用微控制器开展信息资源管理。归纳光纤传感器一般由三部份构成，除光纤线以外，还需要有灯源跟光探测仪2个关键构件，见图 1所显示 。

光纤传感器一般可分为两类：一类是传光型，也称非功能性光纤传感器；另一类是感测器型，或称之为功能性光纤传感器。前面一种大部分应用单模光纤，以传送大量的视度；而感测器型光纤传感器，是运用被测目标调配或更改光纤线的特点，因此只有用单模。

3、精确测量用的光纤传感技术性

3.1光纤线温度感应器-传光型光纤线温度感应器

位图文件 2(a) 为半导体材料吸光度型 (传光型)光纤线温度感应器平面图。将一根断开的光导装在细无缝钢管内，光纤线两边面间缝有一块半导体材料温度传感器片状(如GaAs或InP)，这类半导体材料温度传感器片状散射光照强度随被测温而转变 。因而，当光纤线一端键入一稳定光照强度的光时，因为半导体材料温度传感器片状散射工作能力随环境温度转变，光纤线另一端接受元器件所进行的光照强度也随被测温而更改。因此根据检测光探测仪輸出的用电量，便能监测到温度传感器摄像头2(b)处的溫度。

摄像头中，半导体器件的透过率与溫度的性能曲线图如图所示 2(c)所显示，当环境温度增高时，其透过率曲线图向长光波长方位挪动。显而易见，半导体器件的消化率与其说带隙Eg相关，带隙又随气温而转变 ，大部分半导体器件的带隙Eg随溫度丁的上升基本上线形地减少，相匹配于半导体材料的透过率特点曲线图边缘的光波长λg随环境温度上升向长波方位偏移。当一个辐射源光谱仪与λg相一致的灯源产生的光，根据此半导体材料时，其散射光的强度随溫度丁的上升而降低。那什么是传光型光纤传感器？

传光型光纤传感器中的光纤线仅做为传送光的物质，只起传送光波的功效，对外部数据的“觉得”作用是借助其他成分的光敏电阻器来实现的，因而需要在光纤线内孔或正中间改装其他光敏电阻器才可以组成感应器。那样，感应器中的光纤线正中间是终断的、不持续的，终断一部分要接好其他物质的光敏电阻器，如图所示 1所显示。

解调器是光敏电阻器，放置出射光纤线和接受光纤线中间，在被测另一半的效果下，使光敏电阻器的激光光路遮断或使光敏电阻器的光透射率产生变化，那样，光探测仪所接受的视度便变成被测目标调配后的数据信号，经变大、解凋后，就可获得被测目标。

3.2光纤线水位传感器

根据全内反射面基本原理，能够制定成光纤线水位传感器。光纤线水位传感器由下列三部份构成：

*触碰液态后光的反射量的检验元器件即光光敏电阻器；

*传送光信号灯不亮的双芯光纤线；

*发亮、受光和信号分析的传输设备。

图 3(a)所显示为光纤线水位传感器的主要构造。这类感应器的光敏电阻器和传送数据信号的光纤线均由玻纤组成，故有阻燃性能好和抗电磁噪音等优势。

光纤线水位传感器的原理如图所示 3(b)所显示。发亮元器件射出的光根据传送光纤线送至光敏电阻器，在光敏电阻器的曲面上，有一部分通过，而其他的光被反射面回家。当光敏电阻器与液态相触碰时，与气体触碰对比，球脸部的光散射量扩大，而反射面量少。因而，由折射光量就可以了解光敏电阻器是不是触碰液态。折射光量确定于光敏电阻器夹层玻璃的发射率和被测量化学物质的折光率。被测有机物的折光率越大，折射光量越小。来源于光敏电阻器的折射光，根据传送光纤线由光照元器件的光学晶体三极管开展光电转换后輸出。光敏电阻器的折射光量的转变，若以气体的视度为标准，在水中则为-6-—7dB，在油中为-25—30dB。可对折射光量区别非常大的油和水等开展化学物质辨别。

用微芒检验液位仪的光纤线水位传感器有以下特性：

*能用以易燃性、易燃品等设备中；

*光敏电阻器的大小小，可用来检验少量液态；

*从检验液态逐渐到检验数据信号輸出才行的响应速度短；

*光敏电阻器是钢化玻璃的，故有抗有机化学腐蚀；

*能检验二种(油、水等)液态页面：

*质优价廉。

在具体运用中应留意，光纤线液位感应器不适合用以检验黏附在光敏电阻器夹层玻璃表层的化学物质。怎样检验液位仪？

在配有液态的槽体。将光敏电阻器安裝在液位下预订检验的高宽比。当液位小于这一高宽比时，从光敏电阻器造成的折射光量就提升，依据这时候，产生的数据信号就能检验出液位部位。若在不一样高宽比安裝光敏电阻器，则可检验液位的高宽比。

4、光纤传感器与根据CAN总线互联网构成的石化厂储油罐的液位仪、溫度数据信号实时监测系统软件方案设计。

4.1检测系统构成。

图 0所显示得知，检测系统各自由中间操纵式的中间监管模块和现埸收集模块(或数据收集模块)构成。现埸收集模块对储罐的液位仪、溫度数据信号实现信息的即时收集，与此同时进行数据分析、存储；中间监管模块能够定时或间断性地从现埸收集模块读取数据并进行图象检测、数据分析、表格、打印出及数据管理。而中间监管模块和现埸收集模块中间根据CAN总线联接在一起，在这个互联网中，中间监管模块处在主控芯片部位，而现埸收集模块能够及时回应中间监管模块的指令。其现埸收集模块由单片机设计8C552及收集、储存、表明、遥控器和通讯控制模块构成，每一个现埸收集模块可与光纤线水位传感器、光纤线温度感应器及光纤线液位仪报警系统等16个机器设备相连。往往运用CAN总线网络架构是内因为CAN互联网具备的便捷灵便、突显特点，抗干扰能力、稳定性、实用性等特性。全部的光纤线水位传感器、光纤线温度感应器及光纤线液位仪报警系统都能够根据一对五类双绞线串连在一起，节约了室内空间、简单化了走线。

4.2有关数据收集

4.21储油罐液位仪数据信号的检验选用光纤线液位变送器。光纤线液位变送器运用于油气田石化厂解决，主要是借助光纤线自身的一些感测器作用跟光传送信息特征：

*能够达到非触碰枪测，对被测目标无影响、零污染；

*完成非电检验，安全体系，防爆型，解决了原油、石油化工等易燃风险场所多种多样参数的检测服务和生产过程；

*具备高精密、高绝缘性能，抗干扰信号、抗雷击影响。

4.22选用光纤线温度感应器(或光纤光栅温度感应器更强，但成本增加)，适用各种各样极端条件的温度检测，测量精度高，自身安全性防爆型，稳定性好、敏感度高，是满意的一种温度测量仪。工作中时，灯源产生的持续宽带网络光，经传送光缆电缆传输量当场，温度传感器摄像头内精确测量光栅尺对该宽带网络光有目的性地反射面附一捷变光，经同一传送光缆电缆传输到调制调解器，根据接受系统软件开展调制解调，测量捷变光的核心光波长，进而测量当场溫度。

4.23选用光纤线液位仪报警系统，该光纤线液位仪报警系统是依据光的折射和折射基本原理，研发而成的指定液位仪测试仪器，可用液位仪指定检验和操纵，耐髙压，抗污、安全性便捷、使用期限长。

关于广告设计，其电脑操作系统可选用 Windows糸列服务平台；监测软件可以用组态软件电脑监控软件。

该检测系统完成全自动检测、表明、警报、打印出等作用，为石化厂储罐区的现代化管理奠定了基本。系统软件人机对换便捷简约，系统软件组成灵便易拓展，可靠性指标高，应当说可靠性指标高，具备不错的宣传使用价值。

充足运用 CAN互联网和光纤传感器的特性，能够将全部体系的拓展-远程控制石化厂储油罐的液位仪、溫度数据信号实时监测系统软件。

5、结语

由于光纤传感器与检测工艺是现如今仪表设备行业新的发展前景，其精确测量用的光纤传感器有很多类型，有很多种多样工作方式。要仔细地考虑到工程项目的详细的使用规定，做好挑选。

论文参考文献

1.Control SoluTIons InternaTIonal China 2004.03

2.何道青 主编 <<感应器与传感技术>> 科学出版社 2004年8月1日出版发行.

3.李科杰主编 <<新编传感技术指南>> 国防科技出版社出版 2002年7月1日出版发行.

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