[发明专利]基于光纤光频域反射的超低温液位传感方法及组件

说明书

本发明提供基于光纤光频域反射的超低温液位传感方法及组件，涉及光纤测位系统，包括光纤芯，所述光纤芯的表面包裹有纤维加固层，所述纤维加固层的表面包裹有隔离层，所述隔离层的表面包裹有光纤发热层，所述光纤发热层的表面均匀排列有测位模块，利用光纤发热在液体和气体中散热情况不同导致温度显著不同，再通过贴敷的光纤来检测位度的变化点位，从而测量液位，解决了超低温液体测位的问题，在光电解析的时候，通过两组处理电路对信号进行双向滤波和双向放大调制，提高后续处理信号的准确性，减少由于光电信号过于微弱导致信号的细节难以判定的情况。

技术领域

本发明涉及光纤测位系统，具体为基于光纤光频域反射的超低温液位传感方法及组件。

背景技术

瑞利散射是一种光学现象，属于散射的一种情况。又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时(小于波长的十分之一)，其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。

超低温液体例如液氮，液氧，液氢的液体与空气界面由于蒸发作用，温度差别小，无法用光纤测量温度的方法进行区别，传统的液位传感器是布置大量电子传感器，需要大量的接线，成本高，系统复杂，可靠性差。

分布式光纤测位系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测位系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。

本发明利用光纤发热在液体和气体中散热情况不同导致温度显著不同，再通过贴敷的光纤来检测位度的变化点位，从而测量超低温液体的温度，同时通过温度系数和距离系数以及常规参数的组合，可以通过规定公式得到内部的液位数据。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明利用光纤发热在液体和气体中散热情况不同导致温度显著不同，再通过贴敷的光纤来检测位度的变化点位，从而测量液位，解决了超低温液体例如液氮，液氧，液氢的液体与空气界面由于蒸发作用，温度差别小，无法用光纤测量温度的方法进行区别的问题，同时通过温度系数和距离系数以及常规参数的组合，可以通过规定公式得到内部的液位数据避免了传统测位液位布局大量布线、测量麻烦的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于光纤光频域反射的超低温液位传感组件，所述光纤芯的表面包裹有纤维加固层，所述纤维加固层的表面包裹有隔离层，所述隔离层的表面包裹有光纤发热层，所述光纤发热层的表面均匀排列有测位组件。

优选的，所述光纤芯的两端分别有光学泵浦通道和信号通道。

优选的，所述纤维加固层采用玻璃纤维，且纤维加固层的表面涂覆有金属漆，纤维加固层表面的金属漆采用银基金属漆。

优选的，所述测位组件包括嵌合在光纤发热层的测位光纤头，所述测位光纤头的首端贯穿光纤发热层，所述光纤发热层采用双光纤平行粘合固定，光纤发热层尾端连接有内置光纤，且内置光纤和测位光纤头之间设置有伸缩端，所述内置光纤的尾端连接有外置光纤，所述外置光纤和内置光纤的连接位置自上而下依次套接有封闭盖板，电磁屏蔽层，伸缩层和隔温层。

优选的，所述电磁屏蔽层采用高密度聚乙烯复合碳纤维管的板材压合成型，且电磁屏蔽层采用微孔板材，所述内置光纤的表面涂覆有钼镀层，所述伸缩端表面缠绕有高强度尼龙丝。

基于光纤光频域反射的超低温液位传感方法，基于上述任一项所述的基于光纤光频域反射的超低温液位传感组件实现，所述超低温液位传感方法的步骤如下：

Sp1、内置低温液体储罐：将光纤测位组件嵌合在超低温原料储罐之中；

Sp2、电阻加热：启动光纤发热层，且光纤发热层表面一部分浸没于液体之中，一部分暴露在储罐空气之中；