本實(shí)用新型涉及液位測(cè)量儀器，尤其涉及到光纖傳感技術(shù)結(jié)合超壓結(jié)構(gòu)自保護(hù)設(shè)計(jì)的一種大量程高精度液位測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

光纖傳感技術(shù)是在20世紀(jì)70年代伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，它是一種以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測(cè)量信號(hào)的一種新型傳感技術(shù)。這些光纖傳感器根據(jù)作用范圍又可以分為三類：點(diǎn)式傳感器（如光纖微彎傳感器、光纖Fabry-Perot傳感器、光纖Bragg光柵傳感器等），積分傳感器（如光纖Michelson干涉儀和光纖Mach-Zehnder干涉儀），分布式傳感器（如利用布里淵散射效應(yīng)制成的應(yīng)力、溫度分布式傳感器）。光纖式傳感器具有其它傳統(tǒng)電傳感器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要是：抗電磁干擾、耐腐蝕、測(cè)量范圍寬、便于復(fù)用成網(wǎng)、小型化和維護(hù)成本低等。

目前，光纖式傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)油罐、管道、堤壩的壓力、液位、溫度的測(cè)量中，通常采用傳統(tǒng)的電測(cè)量方法，這種方式主要原理是壓力檢測(cè)裝置的壓力敏感元件會(huì)隨著被測(cè)壓力變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變形，壓力敏感元件變形后會(huì)引起相關(guān)量的變化（電阻、電容等），這個(gè)變化再有信號(hào)變換和放大電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，通過檢測(cè)相關(guān)電信號(hào)就能得到相應(yīng)的壓力值，再通過傳感器中增加熱敏電阻溫度計(jì)，就能計(jì)算得到其溫度值。

在易燃易爆的儲(chǔ)油罐檢測(cè)方面，傳統(tǒng)的電子測(cè)量方法可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，從而引發(fā)爆炸，存在安全隱患，從而不能滿足石化領(lǐng)域的檢測(cè)需求，對(duì)于其他如堤壩和管道的測(cè)量，由于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜且惡劣，傳統(tǒng)的電子測(cè)量設(shè)備很容易受到外界環(huán)境的影響，直接影響其測(cè)量精度。同時(shí)，傳統(tǒng)電子測(cè)量設(shè)備采用電纜來傳遞電和輸出信號(hào)，所需的電纜數(shù)目較大，且無法將其植埋入建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所以在實(shí)現(xiàn)長期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面具有很大的局限性。同時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)的液位測(cè)量裝置，其測(cè)量誤差會(huì)隨著量程的增大而累加，對(duì)于精確測(cè)量存在很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置。本實(shí)用新型的液位測(cè)量裝置要求能夠測(cè)量液位的高度和液體的溫度，并且要求測(cè)量量程大、精度高、成本低并且實(shí)現(xiàn)超壓自保護(hù)功能。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置, 液位測(cè)量裝置包括有多個(gè)級(jí)聯(lián)連接的測(cè)量單元，所有所述的測(cè)量單元串聯(lián)于一根傳輸光纖中，兩個(gè)相鄰的所述測(cè)量單元通過柔性不可伸機(jī)構(gòu)連接，所述測(cè)量單元包括有基體、壓力敏感彈性元件和光纖型彈力敏感元件，所述光纖型彈力敏感元件串聯(lián)于所述傳輸光纖中，所述光纖型彈力敏感元件固定于所述基體與所述壓力敏感彈性元件之間，所述測(cè)量單元設(shè)有超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)，所述壓力敏感彈性元件與超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)相連。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述基體包括有底座和上殼，所述上殼安裝于所述底座上，所述底座的中心位置設(shè)有進(jìn)壓口，所述基體底部進(jìn)壓口的位置設(shè)有所述過濾網(wǎng)，所述上殼的頂部中心位置安裝有光纖引出結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)包括有細(xì)徑管、粗徑管和密封塞，所述細(xì)徑管固定于粗徑管上，所述細(xì)徑管上端與所述壓力敏感彈性元件相連，所述粗徑管的下端固定于底座上進(jìn)壓口的位置，所述密封塞位于所述粗徑管內(nèi)并通過細(xì)繩懸掛于所述壓力敏感彈性元件上。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述光纖型彈力敏感元件通過導(dǎo)向桿固定于所述壓力敏感彈性元件上。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述光纖型彈力敏感元件的兩端固定于等強(qiáng)度彈性梁上，所述等強(qiáng)度彈性梁一端固定在壓力敏感彈性元件上，另一端通過固定架固定于所述基體上。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述測(cè)量單元中還設(shè)有光纖型溫度敏感元件，所述光纖型溫度敏感元件與所述光纖型彈力敏感元件均串聯(lián)于所述傳輸光纖中。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述柔性不可伸機(jī)構(gòu)與所述測(cè)量單元通過固定卡連接。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述壓力敏感彈性元件為膜片或?yàn)槟ず谢驗(yàn)閺椈晒堋?/p>

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述上殼和所述底座連接位置安裝有密封圈。

在本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中，所述的柔性不可伸機(jī)構(gòu)為一根稱重繩。

基于上述技術(shù)方案本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本實(shí)用新型的大量程高精度的液位測(cè)量裝置采用光纖型彈力敏感元件作為傳感器，其能有效防止電磁干擾，并且容易形成高性能、低成本的傳感陣列，在工程應(yīng)用中具有巨大市場(chǎng)潛力。

2.在本實(shí)用新型的大量程高精度的液位測(cè)量裝置中安裝有超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)，其可有效的防止各個(gè)測(cè)量單元間數(shù)據(jù)的干擾，從而提高液位測(cè)量裝置的測(cè)量精度。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中測(cè)量單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型采用等強(qiáng)度量方案的測(cè)量單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面我們結(jié)合附圖和具體的實(shí)施事例來對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和具體應(yīng)用做進(jìn)一步的說明，但不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

請(qǐng)看圖1，圖1是本實(shí)用新型一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，本實(shí)用新型的液位測(cè)量裝置包括有多個(gè)上下連接的測(cè)量單元1，所有測(cè)量單元1級(jí)聯(lián)相連，并且兩個(gè)相鄰的測(cè)量單元1之間通過柔性不可伸機(jī)構(gòu)2相連接，當(dāng)測(cè)量液位時(shí)，將該液位測(cè)量裝置放入液體中，可將位于最下端的測(cè)量單元1置于液體的最底端。

在本實(shí)用新型的液位測(cè)量裝置中，所述的柔性不可伸機(jī)構(gòu)是指該部件本身無法自己伸長，但在安裝使用的時(shí)候可以隨意彎折繞曲，增加操作的便利性，一旦連接完成后長度無法再度伸長，通常使用的柔性不可伸機(jī)構(gòu)是一根稱重繩。我們可以通過改變兩個(gè)相鄰的測(cè)量單元1之間連接的柔性不可伸機(jī)構(gòu)2的長度調(diào)整測(cè)量精度。當(dāng)需要精密測(cè)量液體的液位時(shí)，采用相鄰測(cè)量單元1之間柔性不可伸機(jī)構(gòu)2相對(duì)較短的液位測(cè)量裝置。柔性不可伸機(jī)構(gòu)2所連接的測(cè)量裝置的數(shù)量可以根據(jù)所測(cè)量液位的高度而確定，本實(shí)用新型的液位測(cè)量裝置的液位測(cè)量高度可以達(dá)到20米。

在本實(shí)用新型中，所有的測(cè)量單元通過一根傳輸光纖串聯(lián)連接，傳輸光纖用于將各個(gè)測(cè)量單元的測(cè)量信息輸出到光纖解調(diào)儀上。

請(qǐng)看圖2，圖2是本實(shí)用新型一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置中測(cè)量單元1的結(jié)構(gòu)示意圖。測(cè)量單元1的結(jié)構(gòu)組成包括有基體、壓力敏感彈性元件7、傳輸光纖和光纖型彈力敏感元件12，光纖型彈力敏感元件12連接在傳輸光線中，傳輸光纖與光纖解調(diào)儀相連接，傳輸光纖一部分位于測(cè)量單元1內(nèi)，一部分位于測(cè)量單元1外，光纖型彈力敏感元件12串聯(lián)在位于測(cè)量單元1內(nèi)部的傳輸光纖中。光纖型彈力敏感元件12固定在基體和壓力敏感彈性元件7之間，測(cè)量單元1內(nèi)部還設(shè)有超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8，超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8與壓力敏感彈性元件7內(nèi)部連通。當(dāng)測(cè)量液體時(shí)，測(cè)量單元1處于不同液位高度時(shí)敏感彈性元件產(chǎn)生不同程度的形變，并帶動(dòng)光纖型彈力敏感元件12的產(chǎn)生形變，形變量通過傳輸光纖輸出至光纖解調(diào)儀中得出傳輸光纖中的波長變化，進(jìn)而得出液位-波長曲線實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)量。其中壓力敏感彈性元件7可以為膜片、膜盒或彈簧管，由進(jìn)壓口進(jìn)入測(cè)量單元1的液體產(chǎn)生壓力導(dǎo)致膜片、膜盒或彈簧管產(chǎn)生變形。一般表現(xiàn)為膜片凸起、膜盒膨脹和彈簧管扭轉(zhuǎn)變形。

基體的結(jié)構(gòu)組成包括有上殼9和底座5。上殼9安裝在底座5上形成一個(gè)容置空間，在上殼9與底座5連接位置安裝有密封圈6，密封圈6的設(shè)置用于防止待測(cè)液體進(jìn)入基體內(nèi)。上殼9的頂部中心位置安裝有光纖引出結(jié)構(gòu)11，光纖引出結(jié)構(gòu)11與上殼設(shè)有密封圈或通過密封膠粘連，傳輸光纖緊密環(huán)套在光纖引出結(jié)構(gòu)11中；底座5的中心位置設(shè)有進(jìn)壓口，待測(cè)液體從進(jìn)壓口位置進(jìn)入測(cè)量單元1內(nèi)，底座5的底部進(jìn)壓口的位置安裝有過濾網(wǎng)4。過濾網(wǎng)4可以有效的防止待測(cè)液體中的雜質(zhì)堵塞進(jìn)壓口或者進(jìn)入測(cè)量單元1內(nèi)部導(dǎo)致壓力敏感彈性元件7的彈性改變，根據(jù)待測(cè)液體的實(shí)際情況調(diào)整更換不同型號(hào)網(wǎng)眼的過濾網(wǎng)4，保證測(cè)量單元1的正常測(cè)量。

光纖型彈力敏感元件12用于待測(cè)液體液位，采用光纖作為測(cè)量液壓傳感裝置可以防止電磁干擾，并且光纖型彈力敏感元件12耐腐蝕、測(cè)量范圍寬、便于復(fù)用成網(wǎng)、便于小型化和維護(hù)成本低等。光纖型彈力敏感元件12通過導(dǎo)向桿3固定在壓力敏感彈性元件7上，導(dǎo)向桿3固定在壓力敏感彈性元件7的上方。導(dǎo)向桿3用于將壓力敏感彈性元件7的形變傳遞到光纖型彈力敏感元件12上。導(dǎo)向桿3可以設(shè)在壓力敏感彈性元件7形變明顯的位置，提高光纖型彈力敏感元件12測(cè)量的靈敏度。

當(dāng)光纖型彈力敏感元件12，形變量較大時(shí)，測(cè)得的數(shù)值會(huì)產(chǎn)生誤差。所以壓力敏感彈性元件7通過一個(gè)超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8與進(jìn)壓口相連通。超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8結(jié)構(gòu)中包括有細(xì)徑管、粗徑管和密封塞，細(xì)徑管固定在粗徑管上且固定位置密封，細(xì)徑管上端與壓力敏感彈性元件7相連，所述粗徑管的下端固定于底座5上進(jìn)壓口的位置，密封塞通過細(xì)繩懸掛于壓力敏感彈性元件7上，密封塞位于粗徑管內(nèi)。當(dāng)壓力敏感彈性元件7的變形量較大時(shí)，壓力敏感彈性元件7通過細(xì)繩牽引密封塞向上運(yùn)動(dòng)并堵塞位于細(xì)徑管的管口，壓力敏感彈性元件7不進(jìn)一步發(fā)生形變，進(jìn)而使光纖型彈力敏感元件12處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到超壓自保護(hù)功能。超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8的設(shè)置使液位測(cè)量裝置中的每個(gè)測(cè)量單元1之間互不干擾。超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8還能夠保護(hù)壓力敏感彈性元件7，防止由于壓強(qiáng)過大導(dǎo)致壓力敏感彈性元件7受損。當(dāng)液位達(dá)到一定的高度時(shí)，液位測(cè)量裝置中某些處于下方的測(cè)量單元1中的超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8自動(dòng)關(guān)閉，處于上方的測(cè)量單元1仍繼續(xù)進(jìn)行液位測(cè)量。

待測(cè)液體通過進(jìn)壓口進(jìn)入超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8和壓力敏感彈性元件7所形成的空間內(nèi)，壓力敏感彈性元件7由于液體的壓力產(chǎn)生形變，壓力敏感彈性元件7的形變傳遞到導(dǎo)向桿3上，使導(dǎo)向桿3移動(dòng)或扭動(dòng)，進(jìn)而由固定在導(dǎo)向桿3上的光纖型彈力敏感元件12感知并將測(cè)得的信號(hào)傳出，利用壓力敏感彈性元件7產(chǎn)生的形變來驅(qū)動(dòng)光纖型彈力敏感元件12，光纖型彈力敏感元件12的中心波長發(fā)生漂移，并將波長變化通過傳輸光纖傳到光纖解調(diào)儀上，得出液位-波長曲線，達(dá)到液位測(cè)量的目的。當(dāng)測(cè)量單元1所處液位變深，壓力敏感彈性元件7所受壓強(qiáng)越大，壓力敏感彈性元件7的形變量變大，同時(shí)帶動(dòng)超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8中的密封塞向細(xì)徑管管口移動(dòng)；當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，密封塞堵塞細(xì)徑管管口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超壓自保護(hù)。

作為一種改進(jìn)，傳輸光纖上還連接有光纖型溫度敏感元件10，光纖型彈力敏感元件12用于測(cè)量待測(cè)液體溫度。光纖型溫度敏感元件10與光纖型彈力敏感元件12串聯(lián)在傳輸光纖上。光纖型溫度敏感元件10測(cè)量機(jī)體內(nèi)部溫度，并將信號(hào)通過傳輸光纖傳到光纖解調(diào)儀測(cè)上量其波長，即可獲得溫度-波長的變化曲線。光纖型溫度敏感元件10的設(shè)置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液體的溫度，且光纖型彈力敏感元件12形變量排除由于溫度導(dǎo)致的形變能夠使測(cè)量更加精確。

作為一種改進(jìn)，光纖型彈力敏感元件12通過等強(qiáng)度彈性梁14和固定架13固定于基體和壓力敏感彈性元件7之間。圖3是本實(shí)用新型采用等強(qiáng)度彈性梁14方案的測(cè)量單元1結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示固定架13安裝固定在基體的底座5上，等強(qiáng)度彈性梁14通過導(dǎo)向桿3固定在壓力敏感彈性元件7上，光纖型彈力敏感元件12的兩端固定在等強(qiáng)度彈性梁14上。待測(cè)液體通過進(jìn)壓口進(jìn)入超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)8和壓力敏感彈性元件7所形成的空間內(nèi)，壓力敏感彈性元件7由于液體的壓力產(chǎn)生形變，壓力敏感彈性元件7帶動(dòng)導(dǎo)向桿3運(yùn)動(dòng)，等強(qiáng)度彈性梁14發(fā)生形變，進(jìn)而使固定在等強(qiáng)度彈性梁14上的光纖型彈力敏感元件12發(fā)生形變，光纖型彈力敏感元件12的中心波長發(fā)生漂移，并將波長變化通過傳輸光纖傳到光纖解調(diào)儀上，得出液位-波長曲線達(dá)到液位測(cè)量的目的。

本實(shí)用新型的一種大量程高精度的液位測(cè)量裝置， 利用級(jí)聯(lián)連接的測(cè)量單元測(cè)量液位的高度，并且運(yùn)用了獨(dú)有的超壓自保護(hù)機(jī)構(gòu)，使得每個(gè)測(cè)量單元之間互不干擾，結(jié)構(gòu)新穎、測(cè)量精度高、量程大，最大可達(dá)到25米，并且傳感元件采用光纖型，使液位測(cè)量裝置具有長期穩(wěn)定性好、安全高，抗電磁干擾、無電測(cè)量、可長期在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。