光纤液位传感器是一种利用光学原理检测液位高度的设备，其工作原理主要基于光在不同介质（如空气和液体）中的反射、折射或传输特性变化。以下是几种常见的光纤液位传感器工作原理及其特点：

1. 全反射型光纤液位传感器

  • 原理：
    利用光的全反射现象。传感器末端由两根光纤（发射光纤和接收光纤）组成，光纤端面倾斜并抛光。当传感器处于空气中时，入射光在光纤-空气界面发生全反射，被接收光纤检测到；当浸入液体时，全反射条件被破坏（液体折射率高于空气），大部分光透射进入液体，接收光纤的光强显著减弱。

  • 特点：

    • 适用于透明或半透明液体。

    • 结构简单，响应速度快。

    • 需校准以区分不同液体（折射率不同）。

2. 光纤光栅液位传感器（FBG）

  • 原理：
    光纤布拉格光栅（FBG）的反射波长会随外界压力或应变变化。将FBG固定在液位高度对应的位置，液体静压会导致光栅波长偏移，通过解调波长变化即可确定液位高度。

  • 特点：

    • 高精度，抗电磁干扰。

    • 适用于高压、腐蚀性液体。

    • 需温度补偿（温度也会影响波长）。

3. 强度调制型光纤液位传感器

  • 原理：
    通过液位变化改变光信号的强度。例如：

    • 浮子式：浮子随液位升降，带动遮光板遮挡部分光纤传输的光，光强变化反映液位。

    • 棱镜式：液体覆盖棱镜时，光路折射改变，接收端光强减弱。

  • 特点：

    • 结构简单，成本低。

    • 易受光源波动或污染影响，需定期维护。

4. 干涉型光纤液位传感器

  • 原理：
    利用马赫-曾德尔或法布里-珀罗干涉仪结构，液位变化引起光纤中光程差改变，导致干涉条纹移动，通过检测相位变化确定液位。

  • 特点：

    • 超高灵敏度，适合微小液位变化。

    • 系统复杂，成本较高。

5. 分布式光纤液位传感

  • 原理：
    沿光纤布置多个传感点（如FBG阵列），或利用瑞利/拉曼散射的时域反射技术（OTDR），通过分析反射信号的时间/强度分布，实现液位连续监测。

  • 特点：

    • 可测量大范围液位或液面分布。

    • 适用于长距离、多点监测（如油罐群）。

核心优势

  • 抗电磁干扰：光纤传感器无需电信号，适合易燃易爆环境（如油库、化工厂）。

  • 耐腐蚀：光纤材料（如石英）可耐受强酸、强碱。

  • 高精度：部分类型分辨率可达毫米级。

应用场景

  • 石油化工（储罐液位监测）、电力（变压器油位）、医药（生物反应器）、环保（污水液位）等。