光纤传感器在液位检测中的应用

理论数据分析（3）
反射系数R的平均值可用公式(6)表示。
理论数据分析（Baidu Nhomakorabea）
本文介绍光纤传感器在液位检测中的 工作原理，设计了带有棱镜的传感器探头。 且能实现对液位的理论测量。
由于光纤传感器精度非常高，将该传感探 头与步进电机驱动系统相结合，可连续测量液 位的高度。单片机通过A／D转换器采集探测器 的光电转换信号，根据该信号的幅度，判断传 感探头是否接触到液面，控制步进电机的运动 方向，从而带动传感探头跟踪液体面的变化， 同时给出与步进电机步数相对应的液面高度， 实现液位的连续实时测量。
由光源，输入光纤， 传感器探头，输出光 纤及光电探测器组成。 传感器探头是测量 装置的核心，它由光 学棱镜和安装定位壳 体组成，定位壳体与 输入、输出光纤相连 接。 取探头部分材质的 折射率与纤芯的折射 率基本相同，则光从 纤芯传到探头界面 基本保持直线传播。
光学棱镜相对空气和液体而言为光密媒质，当光线入射到棱镜和空气 或液体介面时，能产生全反射现象，但由于空气和液体的折射率不同，全 反射临界角不同，因而，入射光线束中产生全反射的光线部分比例也不同。 入射光线束中产生全反射的光线部分比例也不同。 例如：空气，传感器探 头和空气的界面处，大部分光满足全反射条件，被反射回输出光纤的芯层 内，检测到的光信号较强。但如果传感器探头处于折射率较高的介质时， 如液体，大部分光线不满足全反射条件而泄漏，被反射回输出光纤的芯层 内的光信号较弱，检测到的光信号较弱，因此，液位信息就可以通过检测 反射回的光强得到。
从光源发出的光经过输入 光纤传送到传感器探头．其中 一部分光线被反射回输出光纤， 通过光电探测器检捌出光强大 小．光线在传感探头里的传输 路线如左图。
光电探测器检测出来的光电流强度I可以公式表示：
其中，Ф为入射角；n为相对折射率；T为传感器的净透过率函 数．P0为入射光功率；η为探测器的相应率
如图所示，光线在传输过程中共经所4次界面。第1次是光源发出的光经输入光纤进 人棱镜，在空气、棱镜界面将会产生一次反射损耗，假设其实光源发出的光强为I0， 那么，经过这次损耗，光强则变为TI0 ；界面2、界面3均为棱镜与空气形成的界面， 光线经过会发生衰减，衰减后的光强分别为TRI0 ，TR2I0，在界面4的光强则为 T2R2I0 。其中，传感器的净透过率T可用公式5表示．

电极棒式液位检测器
电容式液位检测器
超声波式液位检测器
光纤液位传感器的优点（由于光纤材料的特殊 性）： 无源特性，不受电磁干扰； 耐高温，耐高压，抗腐蚀，可在有毒核辐射等 恶劣环境下进行； 光纤传输的频带宽，动态范围大； 光纤传感器的外形没有限制，可制成任意形状 来匹配各种安装材料； 体积小，重量轻，节约材料和能源； 特别适用于易燃易爆的场合。
2011.11.18
背景介绍
光纤液位传感器的结构原理
光纤液位传感器理论数据分析
总结
液位检测是一个重要的实际问题，应用于工业 生产、科学研究、水利勘测等。 液位检测主要包括： 1、液位的实时测量 2、监控报警 3、自动控制 传统的 液位检测手段： 超声波式、光电式、电容式、电磁式、光纤式