干涉型光纤液位传感器是一种高精度、抗电磁干扰的液位测量装置,其系统组成主要包括以下核心部分:


1. 光源模块

  • 激光光源:通常采用窄线宽激光器(如DFB激光器或光纤激光器),确保高相干性,满足干涉条件。

  • 光路耦合组件:如光纤耦合器、环形器等,用于将光导入传感系统。


2. 干涉仪结构

  • 传感干涉仪类型

    • 马赫-曾德尔干涉仪(MZI):由两根光纤(传感臂和参考臂)构成,液位变化引起传感臂光程差。

    • 法布里-珀罗干涉仪(FPI):利用光纤端面或反射膜形成腔体,液位改变腔长导致干涉谱偏移。

    • 迈克尔逊干涉仪:通过反射端返回光与参考光干涉。

  • 关键部件:分束器、传感臂(暴露于液体环境)、参考臂(隔离环境干扰)。


3. 传感探头

  • 液位敏感单元

    • 直接接触式:传感臂末端通过机械结构(如浮子)随液位移动。

    • 间接式:利用液体压力/折射率变化调制光信号(如镀膜光纤探头)。

  • 封装保护:耐腐蚀材料(如不锈钢、聚四氟乙烯)保护光纤免受液体侵蚀。


4. 信号解调系统

  • 光电探测器:将干涉光信号转换为电信号(如PIN光电二极管)。

  • 解调算法

    • 相位解调:用于动态液位测量(如PGC解调)。

    • 波长解调:通过光谱分析(如FFT、峰值追踪)静态液位。

  • 数据采集卡:高速ADC转换信号供处理器分析。


5. 数据处理与输出

  • 微处理器(如FPGA、DSP):实时处理干涉信号,计算液位高度。

  • 校准模块:补偿温度、压力等交叉敏感因素。

  • 输出接口:4-20mA、RS485或数字信号(如Modbus)。


6. 辅助系统

  • 温度补偿单元:额外光纤光栅或参考干涉仪消除热胀冷缩影响。

  • 机械结构:安装支架、浮子联动装置(针对接触式设计)。

  • 防护外壳:防爆、防水设计(适用于工业环境)。


工作原理简述

液位变化→传感臂光程/折射率改变→干涉条纹移动→解调系统计算位移量→输出液位值。其优势在于高分辨率(可达微米级)和本质安全,适用于易燃易爆场景。


典型应用场景

  • 石油化工储罐液位监测

  • 核电站高辐射环境

  • 强电磁干扰下的电力设备绝缘油监测

如需进一步探讨特定类型(如非本征FPI)或具体设计参数,可补充说明。