本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)，材料科學(xué)，光電子技術(shù)以及聲波導(dǎo)技術(shù)的交叉領(lǐng)域，涉及到器件封裝和光電檢測(cè)技術(shù)，具體為一種采用聲光耦合的方式實(shí)現(xiàn)大量程液位測(cè)量的光纖液位傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

液位傳感器是用來(lái)檢測(cè)液體高度的測(cè)量?jī)x器，在液體生產(chǎn)、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和使用過(guò)程中被普遍使用，特別對(duì)于極低溫、高溫、強(qiáng)腐蝕性、劇毒、易揮發(fā)和可燃等這幾類高危液體，對(duì)液位的傳感監(jiān)控幾乎是必不可少的，準(zhǔn)確的液位監(jiān)測(cè)，有助于安全生產(chǎn)，并在有泄漏風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)報(bào)警。

在液位傳感器中，普遍使用光纖液位傳感器進(jìn)行特殊的液體環(huán)境中的液位測(cè)量，例如采用光纖布拉格光柵(fbg)實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。光纖液位傳感器相較傳統(tǒng)的機(jī)械、電學(xué)傳感器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，諸如，其具有耐極低溫和相對(duì)高溫特性，通常，光纖材料主要成分采用二氧化硅制成，由于二氧化硅耐溫性，所以傳統(tǒng)光纖液位傳感器可測(cè)低至液氦溫度，高至800度的寬溫度范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)機(jī)械、電學(xué)傳感器的使用溫度范圍；其次，其具有高強(qiáng)的耐腐蝕性，一般情況下，除氫氟酸等強(qiáng)酸外，一般強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液基本都無(wú)法腐蝕光纖。另外，光纖液位傳感器還具有非導(dǎo)電性，因此光纖液位傳感器還可用于導(dǎo)電液體的測(cè)量。

光纖傳感器用于液位測(cè)量的基本原理是，利用光纖測(cè)量手段測(cè)量液位的變化，然后將液位信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電、光、壓力、或其它信息的信號(hào)并輸出，從而實(shí)現(xiàn)以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)和反饋控制等要求的液位測(cè)量。

現(xiàn)有技術(shù)中，與光纖相關(guān)的液位傳感器（也稱為光纖液位傳感器）包括四大類。第一類，機(jī)械式光纖液位傳感器，其中，光纖僅簡(jiǎn)單作為直徑小、重量輕、耐高低溫、耐腐蝕的“刻度線”使用。光纖一端連接在浮體結(jié)構(gòu)（液位傳感器主體）上，另一端連接機(jī)械伸縮機(jī)構(gòu)。隨著液面浮體結(jié)構(gòu)的位置變化，將導(dǎo)致光纖的長(zhǎng)度發(fā)生變化。通過(guò)記錄光纖的物理長(zhǎng)度，即可實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。第二類，光柵式光纖液位傳感器，其中，光纖本身作為傳感器探頭的單點(diǎn)液位傳感器，其類似于液位開(kāi)關(guān)，一般使用光纖光柵（如專利文獻(xiàn)cn101194160a所記載）、光纖法布里玻羅干涉腔或者表面刻有微結(jié)構(gòu)的光纖來(lái)探測(cè)液位，當(dāng)液位到達(dá)不同的光柵或微結(jié)構(gòu)位置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)特性發(fā)生改變，從而以此來(lái)測(cè)量液位的變化。第三類，傳輸式光纖液位傳感器，該方案中，光纖僅作為光信號(hào)的載體使用，通過(guò)在光纖端面安裝或加工微結(jié)構(gòu)探頭，例如壓力、折射率變化或溫度探頭等，利用這些探頭探測(cè)液位的變化，并將探測(cè)到的液位信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)光纖傳導(dǎo)進(jìn)入信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量（諸如專利文獻(xiàn)cn103918288a所記載）。第四類，分布式光纖液位傳感器，其特征在于，在光纖上高密度連續(xù)加工光纖光柵或分布式光纖振動(dòng)傳感器（例如專利文獻(xiàn)wo2015/128680a1所記載），在使用光纖光柵方案中，光柵在液面內(nèi)外感應(yīng)不同物理狀態(tài)，通過(guò)檢索光柵光譜解調(diào)光纖光柵找跳躍點(diǎn)來(lái)確認(rèn)液位。該方案中，光纖光柵的位置是固定的，對(duì)光纖光柵的分布密度（或光柵間距）依賴程度較大，是一種準(zhǔn)分布式的測(cè)量方案。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚不存在一種真正意義上的能夠?qū)σ何贿M(jìn)行全分布式測(cè)量的光纖液位傳感器解決方案，換言之，還不存在這樣的一種僅使用一根光纖，即可完成加注液位和剩余液位的測(cè)量的光纖液位傳感器解決方案。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了解決該問(wèn)題，通常需要使用兩種不同的液位傳感器來(lái)解決。另外，現(xiàn)有技術(shù)中也極少提供在極端環(huán)境下使用的普適解決方案，可測(cè)液氫，液氧，液氦，導(dǎo)電液體以及高溫核反應(yīng)堆水位等。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中也不存在引入聲光光纖耦合方式的光纖液位傳感器。查閱全球?qū)＠墨I(xiàn)以及權(quán)威期刊均無(wú)相關(guān)報(bào)道。原理上講，超聲波（當(dāng)壓電換能器加上高頻電壓時(shí),壓電換能器的振動(dòng)會(huì)在媒質(zhì)中產(chǎn)生超聲波）在透明媒質(zhì)中傳播時(shí),媒質(zhì)折射率發(fā)生空間周期性變化,使通過(guò)媒質(zhì)的光線發(fā)生改變的現(xiàn)象,稱為聲光效應(yīng)。當(dāng)聲波頻率增高,且光束寬度比聲波波長(zhǎng)大得多時(shí),這種折射率的周期性變化起著光柵的作用,使入射光束發(fā)生聲光衍射,光束通過(guò)聲場(chǎng)后,出射光束的一側(cè)出現(xiàn)較強(qiáng)的一級(jí)衍射光,稱為聲光布喇格衍射。當(dāng)超聲波穿過(guò)固體媒質(zhì)時(shí),媒質(zhì)分子電偶極矩發(fā)生變化,從而使媒質(zhì)的折射率發(fā)生周期性變化,形成折射率光柵（即超聲光柵)。

本發(fā)明正是提出一種基于聲光光纖耦合方式的光纖液位傳感器，即真正意義上的能夠?qū)σ何贿M(jìn)行全分布式測(cè)量的光纖液位傳感器解決方案，是一種在極端環(huán)境下使用的普適解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種能夠在極端環(huán)境下使用的大量程的光纖液位傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)σ何贿M(jìn)行全分布式測(cè)量，僅使用一根光纖，即可完成加注液位和剩余液位的測(cè)量，可測(cè)液氫，液氧，液氦，導(dǎo)電液體以及高溫核反應(yīng)堆水位等。

具體的，本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案：

一種聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括伸入待測(cè)液體內(nèi)部的光纖、設(shè)置于光纖一端用于將光波與聲波同時(shí)耦合進(jìn)入光纖的耦合結(jié)構(gòu)、覆蓋于光纖表面的與待測(cè)液體不相親的涂覆層、以及聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，其中，光纖的另一端為自由端，懸垂在待測(cè)液體中。

根據(jù)本發(fā)明上述的聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)，其特征在于，聲波與光波均從光纖的一端耦合進(jìn)入系統(tǒng)，光纖的另一端為自由端懸垂在液體中。

根據(jù)本發(fā)明上述的聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在聲波耦合進(jìn)入所述光纖的連接處，在所述光纖外部設(shè)置有聲波耦合套管。該聲波耦合套管與所述光纖間使用可固化膠粘接或采用激光熔接連接，從而固定其相對(duì)位置。該聲波耦合套管外形被設(shè)計(jì)或打磨成特定形狀，優(yōu)選為適配光纖并適于安裝壓電陶瓷的形狀，從而有益于提高聲波耦合效率。

根據(jù)本發(fā)明上述的聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述聲學(xué)耦合套管外再安裝一片或多片壓電陶瓷片。優(yōu)選使用兩片相對(duì)安裝的壓電陶瓷，可實(shí)現(xiàn)各種聲波耦合進(jìn)入光纖的模式。所述聲波耦合套管外安裝的一塊或多塊壓電陶瓷片作為聲波發(fā)生器件產(chǎn)生聲波。

根據(jù)本發(fā)明，為避免光纖外懸掛的液滴對(duì)液位的影響，光纖外表面優(yōu)選覆蓋與待測(cè)液體不相親的涂覆層。

根據(jù)本發(fā)明，還包括聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，用于對(duì)耦合進(jìn)入光纖的聲波、光波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。所述聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)主要由該光環(huán)行器和波長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。當(dāng)聲學(xué)光柵在光纖中向前傳播光線時(shí)，與寬譜光源傳播的光線耦合，并且僅反射特定波長(zhǎng)的光波，該波長(zhǎng)滿足光柵布拉格衍射條件。該特定波長(zhǎng)的反射光，經(jīng)過(guò)光環(huán)形器進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行解調(diào)。當(dāng)聲波形成的長(zhǎng)周期光柵傳播至液氣界面時(shí)，聲波傳播速度發(fā)生改變，進(jìn)而引起長(zhǎng)周期聲學(xué)光柵的柵距發(fā)生變化，由此在光學(xué)特性上表現(xiàn)為反射光波長(zhǎng)發(fā)生突變，這一現(xiàn)象將被持續(xù)監(jiān)測(cè)的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)捕獲，通過(guò)計(jì)算起始聲波發(fā)生與波長(zhǎng)突變的時(shí)間間隔，從而即可換算出液面高度。

根據(jù)本發(fā)明，在某些特殊情況下，例如儲(chǔ)液罐有橫向加速度或液體呈現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，為保證光纖處在液體中的相對(duì)穩(wěn)定位置，可以在光纖自由懸垂端加載重物，或者將其與儲(chǔ)液罐底部連接。換言之，所述光纖自由懸浮端加載重物，或者與待測(cè)液體的儲(chǔ)液罐底部連接，以避免所述光纖在具有橫向加速度或者外界強(qiáng)擾動(dòng)的情況下側(cè)向移動(dòng)。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明提供的光纖液位傳感器系統(tǒng)，是基于聲光耦合的原理，使用壓電陶瓷把聲波耦合進(jìn)入光纖，并在光纖中形成一個(gè)沿光纖傳播的聲學(xué)光柵。其中，聲學(xué)光柵的生產(chǎn)是基于超聲造成的固體折射率變化。由于光纖本體又是一個(gè)聲學(xué)波導(dǎo)，選擇合適的超聲波頻率，在光纖中就能形成聲學(xué)長(zhǎng)周期光纖光柵。該長(zhǎng)周期光纖光柵與寬譜光耦合后，可實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的光反射。當(dāng)聲學(xué)波傳播至液氣交界面時(shí)，會(huì)形成不連續(xù)的聲學(xué)波模式，造成的效果是聲光的耦合效果略有變化，在光學(xué)特性上體現(xiàn)為反射光的波長(zhǎng)產(chǎn)生變化。通過(guò)檢測(cè)光波長(zhǎng)突變的反射時(shí)間，并根據(jù)聲波在光纖中的傳播速度，即可計(jì)算出液位高度。根據(jù)本發(fā)明，避免了普通分布式光纖光柵液位傳感中需要在光纖中使用物理方法連續(xù)刻寫光柵的弊端，也克服了使用普通長(zhǎng)周期光纖光柵方案量程過(guò)小，僅限于光纖光柵長(zhǎng)度內(nèi)的缺點(diǎn)。另一方面，本發(fā)明用聲波在光纖中僅產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)傳播的聲波光柵，根據(jù)本發(fā)明可大幅度降低成本，無(wú)需對(duì)光纖本身進(jìn)行改造。另外，本發(fā)明的液位測(cè)試量程可拓展至聲學(xué)光柵有效傳播距離，約可達(dá)數(shù)十米。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，由于聲速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光速，計(jì)算液位使用的是聲波傳播時(shí)間間隔，而不是光波傳播時(shí)間間隔，對(duì)時(shí)間測(cè)量的精度需求降低了五個(gè)數(shù)量級(jí)，由此可大大降低硬件設(shè)計(jì)的成本。根據(jù)本發(fā)明，給出足夠精確的時(shí)間測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)高精度的分布式測(cè)量。

根據(jù)本發(fā)明的光纖液位傳感器系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)超小尺寸，具有非金屬特性，非導(dǎo)電特性，耐腐蝕性，耐高低溫特性，能夠?qū)崿F(xiàn)大量程連續(xù)測(cè)量，并且成本低廉。根據(jù)本發(fā)明，在利用所述光纖液位傳感器檢測(cè)極端環(huán)境下的液位場(chǎng)合，例如檢測(cè)液氫、液氧、液氦、核反應(yīng)堆水位、以及導(dǎo)電液體時(shí)，較常規(guī)液位傳感器有極大的優(yōu)勢(shì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種接觸式測(cè)量技術(shù)，與諸如聲學(xué)或光學(xué)的非接觸式測(cè)量相比，能夠避免由于液面上方環(huán)境變化而對(duì)測(cè)量造成影響，例如蒸汽，氣流擾動(dòng)，粉層等吸波或散射等因素的影響，因此具有很高的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用的聲光耦合結(jié)構(gòu)的45度角外觀示意圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用的聲光耦合結(jié)構(gòu)的垂直于中軸線的橫截面示意圖。

圖3a～3c為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用壓電陶瓷產(chǎn)生各種聲學(xué)波模式的示意圖。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)的聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，該說(shuō)明是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出各種修飾和變更，本發(fā)明并不僅限于該具體實(shí)施方式。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用的聲光耦合結(jié)構(gòu)的45度角外觀示意圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用的聲光耦合結(jié)構(gòu)的垂直于中軸線的橫截面示意圖。

如圖1、圖2所示，圖中示出的均為聲波耦合進(jìn)入光纖結(jié)構(gòu)的狀態(tài)圖，在圖中示出了所述光纖液位傳感器系統(tǒng)包括光纖1，光纖外套管2（聲波耦合套管），壓電陶瓷3，紫外可固化膠4，其他種類粘膠5。在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，所述光纖液位傳感器系統(tǒng)為一種聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)，所述光纖1伸入待測(cè)液體內(nèi)部，在所述光纖1的液面外一端，設(shè)置有聲光耦合結(jié)構(gòu)，該聲光耦合結(jié)構(gòu)包括光纖外套管2及壓電陶瓷3在內(nèi)的構(gòu)件組成的聲波耦合結(jié)構(gòu)和光耦合結(jié)構(gòu)（未圖示），用于將光波與聲波同時(shí)耦合進(jìn)入光纖。在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，光纖1，光纖外套管（聲波耦合套管）2及壓電陶瓷3這三種構(gòu)件，其相對(duì)位置通過(guò)使用紫外可固化膠4和其它種類膠5進(jìn)行固定。圖1、圖2所示的耦合結(jié)構(gòu)，被安裝在圖4中的附圖標(biāo)記3（壓電陶瓷）所示出的位置，和其他部件一起構(gòu)成本發(fā)明的聲光耦合的光纖液位傳感器系統(tǒng)。在所述光纖1的外表面，涂覆了一層與待測(cè)液體不相親的涂覆層（未圖示），另外，該光纖液位傳感器系統(tǒng)還包括聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)（如圖4所示，后面將詳述），用于對(duì)產(chǎn)生的聲、光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

如上所述，在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，在所述光纖1的液面外一端，設(shè)置有包括光纖外套管2及壓電陶瓷3在內(nèi)的構(gòu)件組成的聲波耦合結(jié)構(gòu)和光耦合結(jié)構(gòu)，用于將光波與聲波同時(shí)耦合進(jìn)入光纖，也就是說(shuō)，該耦合結(jié)構(gòu)中不但包括聲波耦合結(jié)構(gòu)還包括光耦合結(jié)構(gòu)。所述光耦合結(jié)構(gòu)可以采用常規(guī)光耦合器件，其所處位置如圖4中附圖標(biāo)記6所示，在圖4中，附圖標(biāo)記6例示為寬譜光源。最簡(jiǎn)單的光耦合結(jié)構(gòu)諸如采用帶有光纖尾纖輸出的激光器的結(jié)構(gòu)。除此之外，也可以使用透鏡將空間激光聚焦進(jìn)入光纖纖芯，或者使用帶光纖尾纖輸出的光分路器等等。而聲波耦合結(jié)構(gòu)則采用上述的光纖外套管2配合安裝壓電陶瓷3的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，本發(fā)明中，作為聲波耦合結(jié)構(gòu)（附圖標(biāo)記3所示出的位置）與光耦合結(jié)構(gòu)（附圖標(biāo)記6所示出的位置），都設(shè)計(jì)在光纖液面外，并且處于同一根光纖上。實(shí)際工作時(shí)，這兩結(jié)構(gòu)同時(shí)向光纖中耦合聲信號(hào)及光信號(hào)。一般而言，光耦合結(jié)構(gòu)與聲波耦合結(jié)構(gòu)不會(huì)完全處于同一位置。由于光纖中光速遠(yuǎn)大于聲速，且數(shù)據(jù)采集是基于聲波傳播時(shí)間的，因此，這兩結(jié)構(gòu)的位置偏差造成的時(shí)間誤差可忽略不計(jì)。從這種意義上講，本發(fā)明具體實(shí)施方式中，將光波與聲波同時(shí)耦合進(jìn)入光纖的耦合結(jié)構(gòu)可以視為將所述光耦合結(jié)構(gòu)和所述聲波耦合結(jié)構(gòu)形成的一體成型結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，在聲波耦合進(jìn)入所述光纖1的連接處，在所述光纖外部設(shè)置聲波耦合套管2。該聲波耦合套管2（即光纖外套管2）與所述光纖1間使用可固化膠粘接4或采用激光熔接連接。該聲波耦合套管2外形被設(shè)計(jì)或打磨成特定形狀，優(yōu)選為適配所述光纖1并適于安裝所述壓電陶瓷3的形狀，從而有益于提高聲波耦合效率。

在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，聲波與光波均從所述光纖1的一端耦合進(jìn)入系統(tǒng)，所述光纖1的另一端為自由端，懸垂在待測(cè)液體中。

在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，所述光纖外套管2（即聲波耦合套管），其內(nèi)徑比所述光纖1外徑稍大。為達(dá)到最優(yōu)的聲學(xué)耦合效果，所述聲波耦合外套管安放至預(yù)定位置后，使用液體形式的紫外可固化膠4填充所述套管與光纖的間隙，然后將其固化。這一間隙也可用低溫玻璃等可固化液體進(jìn)行填充。

在本發(fā)明具體實(shí)施方式中，所述聲學(xué)耦合套管外可以安裝一片或多片壓電陶瓷片3。優(yōu)選使用兩片相對(duì)安裝的壓電陶瓷3，可實(shí)現(xiàn)各種聲波耦合進(jìn)入光纖的模式。

根據(jù)本發(fā)明，為避免所述光纖1外懸掛的液滴對(duì)液位的影響，所述光纖1外表面優(yōu)選覆蓋與待測(cè)液體不相親的涂覆層。作為這樣的涂覆層，現(xiàn)有技術(shù)中有很多這樣的材料能夠?qū)崿F(xiàn)，本發(fā)明中根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合而可以選擇任何能夠?qū)崿F(xiàn)與待測(cè)液體不相親的材料作為該涂覆層材料，目前較為流行的是采用納米涂層材料，其為能夠促使任何液體從物體表面反彈出去的納米涂層，當(dāng)諸如油類、有機(jī)堿溶劑、液氫、液氧、液氦、核反應(yīng)堆水位、以及導(dǎo)電液體等液體中浸入該光纖時(shí)，涂覆于該光纖表面的涂覆層會(huì)排斥這些液體，從而不會(huì)在該涂覆層上附著該被測(cè)液體的液滴。

根據(jù)本發(fā)明，在某些特殊情況下，例如儲(chǔ)液罐有橫向加速度或液體呈現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，為保證光纖處在液體中的相對(duì)穩(wěn)定位置，可以在光纖自由懸垂端加載重物（未圖示），或者將其與儲(chǔ)液罐底部連接。

根據(jù)本發(fā)明，作為紫外可固化膠，可以采用市售的普通的紫外固化膠，通常通過(guò)合成ipdi、hea、低聚物二元醇成為不同結(jié)構(gòu)聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚體并添加適量助劑制成，主要由光敏劑、活性稀釋劑和預(yù)聚物組成，光敏劑在適當(dāng)波長(zhǎng)和光強(qiáng)的紫外線照射下，迅速分解成自由基或陽(yáng)離子，進(jìn)而引發(fā)不飽和鍵聚合，使材料固化。本發(fā)明中具體實(shí)施方式中，通過(guò)使用液體形式的紫外可固化膠，填充于所述聲波耦合外套管與光纖之間的間隙中，然后進(jìn)行固化，從而將所述套管與光纖固化連接。

作為其他種類粘膠5，可以采用各種各樣的除了紫外固化膠之外的粘接膠，例如通用的粘接膠，常溫固化型環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑，對(duì)于金屬、陶瓷、木材、玻璃、纖維制品以及硬質(zhì)塑膠之間的封裝粘接具有優(yōu)異的粘接強(qiáng)度。在本發(fā)明中具體實(shí)施方式中，如圖1所示，為使得壓電陶瓷3與光纖外套管2接觸良好，在該外套管2外周面局部打磨出平面，以方便用粘接膠5將兩者進(jìn)行固定連接。

圖3a～3c為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)中使用壓電陶瓷3產(chǎn)生各種聲學(xué)波模式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3a～3c所示，圖中所描述結(jié)構(gòu)為在聲波耦合外套管2上僅粘貼兩片壓電陶瓷3的示例。壓電陶瓷3片數(shù)可以粘貼1片或者多片，為了便于說(shuō)明，附圖中以粘貼兩片作為示例。通過(guò)控制壓電陶瓷3的振動(dòng)方向，可以實(shí)現(xiàn)聲波耦合進(jìn)入光纖的各種模式。其中，圖3a～3c中的箭頭指示在某一時(shí)刻，壓電陶瓷的振動(dòng)方向。圖3a中，兩壓電陶瓷3振動(dòng)方向一致，都沿著垂直于光纖軸線的方向，該振動(dòng)產(chǎn)生橫波；圖3b中，兩壓電陶瓷3振動(dòng)方向相反，但都沿著垂直于光纖軸線的方向，該振動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)波；圖3c中，兩壓電陶瓷3振動(dòng)方向一致，且都沿著光纖軸線方向，該振動(dòng)產(chǎn)生縱波。這三種聲波都可以在光纖中產(chǎn)生聲學(xué)光柵。但是，不同模式的聲波在光纖中的傳播速度不一樣，需根據(jù)相應(yīng)的聲波模式，調(diào)節(jié)聲波的發(fā)生頻率，從而使聲波光柵滿足長(zhǎng)周期光柵的要求，實(shí)現(xiàn)與光波的順利耦合。

如圖3所描述的結(jié)構(gòu)，是2片壓電陶瓷相對(duì)安裝的方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耦合模式容易控制。實(shí)際應(yīng)用中，可使用1片或者多片壓電陶瓷，采取多種安裝方式。例如，如使用3片壓電陶瓷產(chǎn)生縱波，可按等邊三角形方式安裝。通過(guò)這樣安裝的方式，同樣也能夠使聲波光柵滿足長(zhǎng)周期光柵的要求，實(shí)現(xiàn)與光波的順利耦合。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式的光纖液位傳感器系統(tǒng)的聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，圖中3為壓電陶瓷，6為光源，7為光環(huán)行器，8為壓電驅(qū)動(dòng)器，9為波長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，圖中箭頭表示信號(hào)方向。主要由該光環(huán)行器7和波長(zhǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)9組成聲光信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)。所述光源6為寬譜光源，寬譜光源6通過(guò)光環(huán)形器7向光纖持續(xù)輸入光線。另一方面，壓電陶瓷3在壓電驅(qū)動(dòng)器8的驅(qū)動(dòng)下生成一列短的周期性聲學(xué)脈沖，該脈沖列形成聲學(xué)光柵，與此同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。其中，為達(dá)到較高的位置分辨率，聲波列的長(zhǎng)度一般僅為若干毫米。當(dāng)聲學(xué)光柵在光纖中向前傳播光線時(shí)，與寬譜光源傳播的光線耦合，并且僅反射特定波長(zhǎng)的光波，該波長(zhǎng)滿足光柵布拉格衍射條件。該特定波長(zhǎng)的反射光，經(jīng)過(guò)光環(huán)形器7進(jìn)入波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)9中進(jìn)行解調(diào)。當(dāng)聲波形成的長(zhǎng)周期光柵傳播至液氣界面時(shí)，聲波傳播速度發(fā)生改變，進(jìn)而引起長(zhǎng)周期聲學(xué)光柵的柵距發(fā)生變化，由此在光學(xué)特性上表現(xiàn)為反射光波長(zhǎng)發(fā)生突變，這一現(xiàn)象將被持續(xù)監(jiān)測(cè)的波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)9捕獲，由此同時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)。通過(guò)計(jì)算起始聲波發(fā)生與波長(zhǎng)突變的時(shí)間間隔，從而即可換算出液面高度。

如上所述，為避免光纖表面懸掛的液滴影響測(cè)試結(jié)果，光纖表面均勻覆蓋一層與待測(cè)液體不相親的涂覆層。

根據(jù)本發(fā)明，由于本系統(tǒng)可采用廉價(jià)的壓電陶瓷和發(fā)光二極管分別作為聲波發(fā)生器和寬譜光源，因此可以極大的降低傳感器系統(tǒng)成本。根據(jù)本發(fā)明的傳感器，使用的光纖直徑可達(dá)約125微米，可以采用無(wú)機(jī)非金屬材料制作，物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，可以耐受極端環(huán)境，耐受極低溫，可用于檢測(cè)核電站反應(yīng)堆水位。另一方面，由于其不導(dǎo)電特性可兼容電解槽內(nèi)液位的測(cè)量需求，所以具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作出了詳細(xì)的描述，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，可以在本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上作出各種修飾和變更，只要不脫離本發(fā)明宗旨和精神，所作出的這些修飾和變更均應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。