光纤Bragg光栅可变灵敏度液位传感器设计.pdf

2016年第35卷第3期
传感器与微系统( Transducer and Microsystemtechnologies)
121
DOr:10.13873/』J.10009787(2016)03-0121-03
光纤 Bragg光栅可变灵敏度液位传感器设计
李凯2,蔡陈',赵振刚',梁仕斌,李川
(.昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;
2.云南电网有限责任公司电力科学研究院研究生工作站,云南昆明650217;
3.云南电力试验研究院(集团)有限公司,云南昆明650217)
摘要:为了实现对液位的多灵敏度状态下监测,设计了一种利用光纤Brag光栅(FBG)的可变灵敏度
液位传感探头。将薄膜片上的液体压力通过传压杆传送给悬臂梁,将FBG粘贴于悬臂梁上表面,利用灵
敏度变换阀改变悬臂梁长度而改变传感器的灵敏度。对悬臂梁进行有限元仿真优化计算,得到悬臂梁的
变形特性。悬臂梁长度分别调节为100,90,80mm状态下,最大变形出现在悬臂梁尖端,分别为4.266
3.457,2.736mm,裸光栅粘贴处,对应的灵敏度分别为2.0,1.5,1.0mm/m,实现灵敏度变换。
关键词:液位;传感器;有限元;光纤Brag光栅;可变灵敏度
中图分类号:'TH741
文献标识码:A文章编号:1000-9787(2016)03-0121-03
Design of variable sensitivity liquid level sensor for FBG
LI Kai"*, CAI Chen",ZHAO Zhen-gang LIANG Shi-bin, LI Chuan
(1. Faculty of Information Engineering and Automation, Kunming University of Science and
Technology, Kunming 650500, China
2. Graduate Workstation. Electric Power Research Institute. Yunnan Power Grid Limited
Liability Corporation, Kunming 650217, China
3. Yunnan Electric Power Research Institute(Group) Co Ltd, Kunming 650217, China)
Abstract: In order to achieve level of variable sensitivity monitoring is designed using a fiber Bragg grating
FBG) with variable sensitivity level probe. Iiquid pressure on film is transmitted to cantilever beam througl
pressure bar, IBG is pasted on upper surface of cantilever beam, using sensitivity shift valve to change cantilever
length, so as to change sensitivity of sensor. Calculated deformation properties of the cantilever beam by finite
element simulation and optimization. The length of cantilever beam are adjusted to 100 mm, 90 mm, 80 mm. In all
the above-mentioned states, the maximum deformation occurs in the tip of cantilever beam, which are. 266
3. 457, 2 736 mm respectively. Corresponding where are grating pasted, the sensitivitues are20, 15, 1.0 mm
m, Lo achieve sensitivity transformation
Key words: liquid level; sensor; finite element; fiber Bragg grating( FBG); variable sensitivit
0引言
试,此外,其设计的E膜片与悬臂梁相互组合的一种FBC
工业中如储油罐等,对于液位的测定十分普遍,而由于液位传感器,建立了FBG中心波长随液面发生变化的参考
工业环境较为复杂,所以,利用光纤 Bragg光栅(FBC)进行数学模型,并通过分析得出,通过调整悬梁等相关参数可
液位测定,不仅能够抵抗外界的电磁和噪声干扰,还可以有以实现对灵敏度和量程的调整23。杨淑连等人设计了
效避免带电测定带来的安全问题,因此,工业中可以利用种新型的双FBG液位传感器,可以有效抵抗交又敏感的问
FBG对液位进行有效测定。般小峰等人对弹性膜片进行封题。此外,他们在传感器的基础之上通过对反射谱带宽的
装,研制出了一种压力增敏FBG传感器,并对其进行了测分析得到液位的高度,并验证了反射谱与贷款之间具有较
试,得到传感器的参数特性り。王宏亮等人在设计了一种好的线性关系“。张玉、童峥嵘等人也对光纤液位传感
波纹管式FBG液位传感探头的基础上,进一步利用温度补器探头的光学特性进行了分离。论述了光纤传感探头和光
偿光栅补偿温度造成的影响,并对传感探头性能进行了测源对传感器性能的影响,并分析了相应的光学和抗腐蚀特
收稿日期:2015-06-09
*基金项目:云南省应用基础研究计划资助项目(2013FZ021);国家自然科学基金资助项日( KKGD201208004