光学液位传感器.pdf

Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 For Evaluation Only. 光学液位传感器 史建军 史红军 史永基 摘要：本文描述了三种光学液位传感器的结构、工作原理和信号处理技术。第一种简单低耗非接触光学 液位传感器仅由一个光源和一个光电接收器组成；第二种光纤易爆燃料液位传感器又分吸收和数字编码 两种类型，前者由 LED 光源和多模光纤组成，后者利用光纤与光波导间的耦合；第三种荧光液位传感器 利用掺杂玻璃或塑料中产生的荧光辐射来探测液位。 关键词：光学液位传感器、光纤液位传感器、荧光液位传感器。 文章编号：1006-883X（2002）09-0004–06 文献标识码：A 中图分类号：TP212.14 一、引言 条件监控和测量系统在现代自动化技术领域应用广泛，其关键性部件就是传感器。随着自动化技术的进展， 传感器的设计和研制有了长足的进步。光学技术在仪表和传感器（尤其是非接触测量）领域一直起着重要 作用。在光学传感器中，信息由待测物理/化学变量传递给光束，然后确定光束特性的变化。这种结构使 光学传感器具有许多优点，如， ①结构是介电性的，可用于高压、电噪声、高温、腐蚀性和应力环境中，信号抗电磁和射频干扰； ②可靠性高、运转安全、无放电危险； ③无剩余电容和磁感应效应； ④体积小、重量轻； ⑤可用于无法接触的恶劣环境； ⑥可进行遥感。 一般说，光学传感器包括：光源、传感元件、光电接收器、信号处理和显示电子线路。光学传感器的特性 Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 For Evaluation Only. 取决于上述四部分在所组成系统中的相对位置。传感器系统的封装在确定传感器整体特性方面起着重要作 用，例如光学元件、光机元件和光电元件的准直、热稳定性、对寄生辐射的屏蔽和可靠性等。 本文介绍三种简单、低耗、实用的光学液位传感器系统的结构、 工作原理和信息处理技术。 第一种光源液位传感器简单低耗，光源为发光二极管（LED）、 激光二极管（LD）或光纤传递的光源，接收器为针形光电二极 管或雪崩光电二极管。这种传感器属于光强调制型传感器，光 从液面反射/折射，或者被液体吸收。光电探测器所探测的光 束强度是液位的函数。 第二种是光纤液位传感器，主要用于测量易爆液体燃料。又分 差分吸收型和数字编码型。前者在 18cm 的动态范围上的长期 分辨率为±2mm，光纤连接器和光纤弯曲损失≤1dB，环境光功 率为≤0.5μW，传感头所要求的光功率10μW；后者在 40cm 的 动态范围上的分辨率为±2mm，对液位信息直接进行数字编码，无需标定，无漂移，电子仪器简单。 第三种荧光液位传感器是利用掺杂玻璃或塑料条的荧光辐射来探测液位。 上述三种光学液位传感器的结构简单、低耗、稳定可靠，具有广泛的实用价值。 二、简单低耗普通光学液位传感器 1、基本光学液位传感器的结构 基本光学液位传感器仅由光源（例如 LED、LD或光纤传送光源）和光电探测器组成。这两种元件的布局有 4 种不同的方式，如图 1~4 所示。在第一种传感器结构中（图 1），光源位于装有待测液体管子的顶部，光 电接收器位于管子的底部。第二种结构与第一种正好相反，光源位于管子的底部，而光电