一种差动式杠杆结构光纤BRAGG光栅液位传感器及其使用方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103674179 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103674179 A (21)申请号 201310685354.X (22)申请日 2013.12.16 G01F 23/292(2006.01) (71)申请人 昆明理工大学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253 号 (72)发明人 谢涛 李川 李英娜 赵振纲 欧阳鑫 刘爱莲 吴文兵 (54) 发明名称 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传 感器及其使用方法 (57) 摘要 本发明涉及一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器及其使用方法， 属于光电子测量 技。

2、术领域。本发明包括空心浮力塑料杆、 位置固 定环套、 杠杆、 杠杆支撑杆、 固定底座、 传压杆、 光 纤 Bragg 光栅、 等强度悬臂梁、 导出光纤、 悬臂梁 支撑杆、 传力弹簧、 容器壁 ； 其中固定底座放置于 容器底部， 位置固定环套、 杠杆支撑杆和悬臂梁支 撑杆焊接在固定底座上， 空心浮力塑料杆放置于 位置固定环套中， 空心浮力塑料杆的顶部连接传 力弹簧， 传力弹簧的另一端连接杠杆的左端， 杠杆 支撑杆与杠杆支点相连， 杠杆支点的右部通过传 压杆与等强度悬臂梁相连， 光纤 Bragg 光栅粘贴 在等强度悬臂梁上下两壁。本发明实现了对被测 液位的实时在线监测。 (51)Int.Cl. 权。

3、利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103674179 A CN 103674179 A 1/1 页 2 1. 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 其特征在于 ： 包括空心浮力塑料 杆 （1） 、 位置固定环套 （2） 、 杠杆 （3） 、 杠杆支撑杆 （4） 、 固定底座 （5） 、 传压杆 （6） 、 光纤 Bragg 光栅 （7） 、 等强度悬臂梁 （8） 、 导出光纤 （9） 、 悬臂梁支撑杆 （10） 、 传力弹簧 （11） 、 容。

4、器壁 （13） ； 其中固定底座 （5） 放置于容器底部， 位置固定环套 （2） 、 杠杆支撑杆 （4） 和悬臂梁支撑 杆 （10） 焊接在固定底座上 （5） ， 空心浮力塑料杆 （1） 放置于位置固定环套中 （2） ， 空心浮力 塑料杆 （1） 的顶部连接传力弹簧 （11） ， 传力弹簧 （11） 的另一端连接杠杆 （3） 的左端， 杠杆支 撑杆 （4） 与杠杆 （3） 支点相连， 杠杆 （3） 支点的右部通过传压杆 （6） 与等强度悬臂梁 （8） 相 连， 光纤 Bragg 光栅 （7） 粘贴在等强度悬臂梁 （8） 上下两壁， 等强度悬臂梁 （8） 右端固定于 悬臂梁支撑杆 （10） 上，。

5、 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 （9） 通过容器口引出并与外接光缆相连 接。 2. 根据权利要求 1 所述的差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 其特征在于 ： 还包括平衡螺母 （12） ； 其中杠杆 （3） 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 （12） 套在螺纹上。 3. 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 其特征在于 ： 所述方 法的具体步骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆 （1） 所受到的液体浮力通过传力弹簧 （11） 加 载到杠杆 （3） 的左端 ； 杠杆 （3） 把浮力转化为对等强度悬臂梁 （8） 移动端的压力， 带动粘贴 在等。

6、强度悬臂梁 （8） 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 （7） 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅 解调仪分析得到粘贴在等强度悬臂梁 （8） 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 （7） 的中心波长差值 ； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 （8） 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 （7） 的中心波长差值 与液位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 式中 ： l为等强度悬臂梁 （8） 的工作长度，h为等强度悬臂梁 （8） 的厚度，B为等强度悬臂梁 （8） 固 定端的宽度，E为等强度悬臂梁 （8） 的弹性模量，为光纤 Bragg 光栅 （7） 的应变敏感系数， 为光纤 Bragg 光栅 （。

7、7） 的中心波长， 为容器内被测液体的密度，g为重力系数，s为空 心浮力塑料杆 （1） 的横截面积，n为杠杆 （3） 左右两边与支点间距离的倍率比。 4. 根据权利要求 3 所述的差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 其 特征在于 ： 所述杠杆 （3） 左右两边与支点间距离的倍率比n的变化范围为 1 到 4。 权 利 要 求 书 CN 103674179 A 2 1/7 页 3 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器及其使用 方法 技术领域 0001 本发明涉及一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器及其使用方法， 属于 光电子测量技术领域。 背景技。

8、术 0002 储油罐是储存油品的重要设备， 储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济 运行影响很大。 但国内许多反应罐、 大型储油罐的液位计量仍采用人工检测的方法， 这样易 引发安全事故， 无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。以往的诸多电测型传感器容 易导致测量系统产生静电， 甚至在强电场下发生电离作用， 引起放电而形成电火花， 并且在 信号放大过程中容易受到环境噪声和电磁干扰等因素的影响 , 因此不利于推广到储油气 罐的液位检测中。光纤传感器有抗电磁干扰、 本质安全、 动态范围宽、 灵敏度高、 便于组网、 可实现分布式测量等优点， 为实现储油气罐液位的实时在线检测提供了可行的途径。 发。

9、明内容 0003 本发明提供了一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器及其使用方法， 以 用于解决对储油罐液位实时在线检测的问题。 0004 本发明的技术方案是 ： 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括空 心浮力塑料杆 1、 位置固定环套 2、 杠杆 3、 杠杆支撑杆 4、 固定底座 5、 传压杆 6、 光纤 Bragg 光栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底 座5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂梁支撑杆10焊接在固定底座上 5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2。

10、， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的 右部通过传压杆 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下 两壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过 容器口引出并与外接光缆相连接。 0005 还包括平衡螺母 12 ； 其中杠杆 3 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 12 套在螺纹上。 0006 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 。

11、： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆 1 所受到的液体浮力通过传力弹簧 11 加 载到杠杆 3 的左端 ； 杠杆 3 把浮力转化为对等强度悬臂梁 8 移动端的压力， 带动粘贴在 等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅 解调仪分析得到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值 ； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值与液 说 明 书 CN 103674179 A 3 2/7 页 4 位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 式中 ：l为 。

12、等强度悬臂梁 8 的工作长度，h为等强度悬臂梁 8 的厚度，B为等强度悬臂梁 8 固定端的宽 度，E为等强度悬臂梁 8 的弹性模量，为光纤 Bragg 光栅 7 的应变敏感系数，为光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长， 为容器内被测液体的密度，g为重力系数，s为空心浮力塑料杆 1 的横截面积，n为杠杆 3 左右两边与支点间距离的倍率比。 0007 所述杠杆 3 左右两边与支点间距离的倍率比n的变化范围为 1 到 4。 0008 本发明的工作原理是 ： 在初始状态时， 平衡螺母12使杠杆3左右两边重力平衡， 容器中加入液体后， 空心浮力 塑料杆 1 所受到的液体浮力通过传力弹簧 11 加载到杠。

13、杆 3 的左端， 杠杆 3 把浮力转化为对 等强度悬臂梁 8 移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩 （上壁的光纤 Bragg 光栅拉伸， 下壁的光纤 Bragg 光栅压缩） 将被测容器液位高 度检测转化为对光纤 Bragg 光栅波长的调制， 光纤 Bragg 光栅 7 的差动式粘贴有助于抵消 环境温度的影响， 光纤Bragg光栅的导出光纤9通过容器口引出并与外接光缆相连接， 构成 差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器。 0009 本发明的数学模型分析如下 ： 空心浮力塑料杆 1 所受到的液体浮力G， 浮力方程是 ： （1） 式中。

14、， 为容器内被测液体的密度，g为重力系数，s为空心浮力塑料杆 1 的横截面积， H为容器的液位高度。 0010 杠杆 3 左右两边的力平衡方程是 ： F=Gn （2） 式中，F为杠杆 3 右端加载到等强度悬臂梁 8 移动端的压力，n为杠杆 3 左右两边与支 点间距离的倍率比。 0011 把 （1） 式带入 （2） 式得 : （3） 等强度悬臂梁 8 各点的应变为 ： （4） 式中，l为等强度悬臂梁 8 的工作长度，h为等强度悬臂梁 8 的厚度，B为等强度悬臂梁 8 固定端的宽度，E为等强度悬臂梁 8 的弹性模量。 0012 把 （3） 式带入 （4） 式得 : （5） 当等强度悬臂梁 8 受压。

15、力F的作用弯曲时， 上表面受到的是拉伸应变， 而下表面受到 的是压缩应变 -， 若两只光栅处于同样的温度场中， 则应变信号可表示为 ： （6） 说 明 书 CN 103674179 A 4 3/7 页 5 式中，为上表面受到拉伸应变后光纤 Bragg 光栅 7 的反射波长，为下 表面受到的是压缩应变后光纤 Bragg 光栅 7 的反射波长，为光纤 Bragg 光栅 7 的应变敏 感系数，为光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长。 0013 该方案属于机械补偿并不要求额外的温度检测， 其中的关键是两根光纤 Bragg 光 栅应采用同一型号的光敏光纤制成。 0014 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两。

16、壁的光纤 Bragg 光栅 7 中心波长差值为 ： （7） 把 （6） 、（7） 式带入 （5） 式得 ： （8） 式 （8） 表明了被测容器液位高度H与光纤Bragg光栅波长移位之间的数学模型， 通 过测量光纤 Bragg 光栅波长移位就可以计算出被测容器液位高度。 0015 本发明的有益效果是 ： 1、 杠杆把浮力转化为对等强度悬臂梁移动端的压力， 将被测容器液位高度检测转化为 对光纤 Bragg 光栅波长的调制， 光纤 Bragg 光栅波长移位与被测容器液位高度具有线性关 系。 0016 2、 调整杠杆左右两边与支点间距离的倍率比可改变传感器的测量灵敏度。 0017 3、 此渗压传感器本。

17、身不带任何电信号， 可适用于易燃易爆等高危环境中的液位检 测。 0018 4、 通过采用光纤 Bragg 光栅， 具有较强的抗电磁干扰能力和耐腐蚀能力。 0019 5、 结构简单， 便于操作。 附图说明 0020 图 1 为本发明的结构示意图 ； 图 2 为本发明中等强度悬臂梁的局部俯视示意图 ； 图 3 为本发明中等强度悬臂梁的局部侧视示意图 ； 图中各标号 ： 1 为空心浮力塑料杆、 2 为位置固定环套、 3 为杠杆、 4 为杠杆支撑杆、 5 为 固定底座、 6 为传压杆、 7 为光纤 Bragg 光栅、 8 为等强度悬臂梁、 9 为导出光纤、 10 为悬臂梁 支撑杆、 11 为传力弹簧、。

18、 12 为平衡螺母、 13 为容器壁。 具体实施方式 0021 实施例 1 ： 如图 1-3 所示， 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括 空心浮力塑料杆1、 位置固定环套2、 杠杆3、 杠杆支撑杆4、 固定底座5、 传压杆6、 光纤Bragg 光栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底 座5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂梁支撑杆10焊接在固定底座上 5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3。

19、 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的 说 明 书 CN 103674179 A 5 4/7 页 6 右部通过传压杆 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下 两壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过 容器口引出并与外接光缆相连接。 0022 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆1所受到的液体浮力通过传力弹簧11加载到 杠杆3的左端 ； 杠杆3把浮力转化为。

20、对等强度悬臂梁8移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬 臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅解调仪分析得 到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值与液 位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 式中 ：l为 等强度悬臂梁 8 的工作长度，h为等强度悬臂梁 8 的厚度，B为等强度悬臂梁 8 固定端的宽 度，E为等强度悬臂梁 8 的弹性模量，为光纤 Bragg 光栅 7 的应变敏感系数，为光纤 Bragg 光栅 7 。

21、的中心波长， 为容器内被测液体的密度，g为重力系数，s为空心浮力塑料杆 1 的横截面积，n为杠杆 3 左右两边与支点间距离的倍率比。 0023 所述杠杆 3 左右两边与支点间距离的倍率比n的变化范围为 1 到 4。 实施例 2 ： 如图 1-3 所示， 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括空心 浮力塑料杆 1、 位置固定环套 2、 杠杆 3、 杠杆支撑杆 4、 固定底座 5、 传压杆 6、 光纤 Bragg 光 栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底座 5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂。

22、梁支撑杆10焊接在固定底座上5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传 力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的右 部通过传压杆 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两 壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过容 器口引出并与外接光缆相连接。 0024 还包括平衡螺母 12 ； 其中杠杆 3 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 12 套在螺纹上 （平衡 螺母 12 使。

23、杠杆 3 左右两边重力平衡， 减小了液位测量的误差） 。 0025 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆1所受到的液体浮力通过传力弹簧11加载到 杠杆3的左端 ； 杠杆3把浮力转化为对等强度悬臂梁8移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬 臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅解调仪分析得 到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心。

24、波长差值与液 位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 式中 ：l为 等强度悬臂梁 8 的工作长度，h为等强度悬臂梁 8 的厚度，B为等强度悬臂梁 8 固定端的宽 说 明 书 CN 103674179 A 6 5/7 页 7 度，E为等强度悬臂梁 8 的弹性模量，为光纤 Bragg 光栅 7 的应变敏感系数，为光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长， 为容器内被测液体的密度，g为重力系数，s为空心浮力塑料杆 1 的横截面积，n为杠杆 3 左右两边的左右两边与支点间距离的倍率比。 0026 所述杠杆 3 左右两边与支点间距离的倍率比n的变化范围为 1 到 4。 0027 实施例 3 ： 如图。

25、 1-3 所示， 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括 空心浮力塑料杆1、 位置固定环套2、 杠杆3、 杠杆支撑杆4、 固定底座5、 传压杆6、 光纤Bragg 光栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底 座5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂梁支撑杆10焊接在固定底座上 5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的 右部通过传压杆。

26、 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下 两壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过 容器口引出并与外接光缆相连接。 0028 还包括平衡螺母 12 ； 其中杠杆 3 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 12 套在螺纹上 （平衡 螺母 12 使杠杆 3 左右两边重力平衡， 减小了液位测量的误差） 。 0029 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆1所受到的液体浮力通过传力弹簧11加载到 杠杆3。

27、的左端 ； 杠杆3把浮力转化为对等强度悬臂梁8移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬 臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅解调仪分析得 到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值与液 位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 其具体参 数为 ： 1、 等强度悬臂梁的尺寸参数为 ： 工作长度l为 120mm， 固定点宽度B为 68mm， 45# 钢 Young s 模量为E= 200GPa， 悬臂梁厚度h为 2mm 。

28、； 2、 光纤 Bragg 光栅的技术参数为 ： 中心波长=1550 nm，； 3、 被测液体的参数为 ： 取汽油密度=7.39102， 重力系数g=9.8 ； 4、 空心浮力塑料杆的横截面积为s =152mm2 ； 5、 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 1 ； 6、 按附图 1 配置实验 ； 7、 用光纤光栅解调仪获取光纤 Bragg 光栅的 Bragg 波长 ； 8、 根据公式 （8） ， 光纤 Bragg 光栅的 Bragg 波长移位对被测容器液位的响应灵敏 度 ：； 将各已知量代入上式， 理论计算表明， 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 1 时， 说 明 书 CN 10367。

29、4179 A 7 6/7 页 8 该液位传感器的灵敏度为1.64pm/cm ； 当光纤Bragg光栅解调仪的波长分辨力为1 pm时 （指 每变化 1 pm 时） ， 该传感器的液位分辨力为 0.61cm。 0030 实施例 4 ： 如图 1-3 所示， 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括 空心浮力塑料杆1、 位置固定环套2、 杠杆3、 杠杆支撑杆4、 固定底座5、 传压杆6、 光纤Bragg 光栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底 座5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂梁支撑杆10焊接。

30、在固定底座上 5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的 右部通过传压杆 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下 两壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过 容器口引出并与外接光缆相连接。 0031 还包括平衡螺母 12 ； 其中杠杆 3 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 12 套在螺纹上 （平衡 螺母 12 使杠杆 3 左右两。

31、边重力平衡， 减小了液位测量的误差） 。 0032 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆1所受到的液体浮力通过传力弹簧11加载到 杠杆3的左端 ； 杠杆3把浮力转化为对等强度悬臂梁8移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬 臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅解调仪分析得 到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值与液 位。

32、高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 其具体参 数为 ： 1、 等强度悬臂梁的尺寸参数为 ： 工作长度l为 120mm， 固定点宽度B为 68mm， 45# 钢 Young s 模量为E= 200GPa， 悬臂梁厚度h为 2mm ； 2、 光纤 Bragg 光栅的技术参数为 ： 中心波长=1550 nm，； 3、 被测液体的参数为 ： 取汽油密度=7.39102， 重力系数g=9.8 ； 4、 空心浮力塑料杆的横截面积为s =152mm2 ； 5、 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 2 ； 6、 按附图 1 配置实验 ； 7、 用光纤光栅解调仪获取光纤 Bragg 光栅的 Bragg。

33、 波长 ； 8、 根据公式 （8） ， 光纤 Bragg 光栅的 Bragg 波长移位对被测容器液位的响应灵敏 度 ：； 将各已知量代入上式， 理论计算表明， 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 2 时， 该液位传感器的灵敏度为3.28pm/cm ； 当光纤Bragg光栅解调仪的波长分辨力为1 pm时 （指 每变化 1 pm 时） ， 该传感器的液位分辨力为 0.31cm。 说 明 书 CN 103674179 A 8 7/7 页 9 0033 实施例 5 ： 如图 1-3 所示， 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器， 包括 空心浮力塑料杆1、 位置固定环套2、 杠杆3、 杠。

34、杆支撑杆4、 固定底座5、 传压杆6、 光纤Bragg 光栅7、 等强度悬臂梁8、 导出光纤9、 悬臂梁支撑杆10、 传力弹簧11、 容器壁13 ； 其中固定底 座5放置于容器底部， 位置固定环套2、 杠杆支撑杆4和悬臂梁支撑杆10焊接在固定底座上 5， 空心浮力塑料杆 1 放置于位置固定环套中 2， 空心浮力塑料杆 1 的顶部连接传力弹簧 11， 传力弹簧 11 的另一端连接杠杆 3 的左端， 杠杆支撑杆 4 与杠杆 3 支点相连， 杠杆 3 支点的 右部通过传压杆 6 与等强度悬臂梁 8 相连， 光纤 Bragg 光栅 7 粘贴在等强度悬臂梁 8 上下 两壁， 等强度悬臂梁 8 右端固定于。

35、悬臂梁支撑杆 10 上， 光纤 Bragg 光栅的导出光纤 9 通过 容器口引出并与外接光缆相连接。 0034 还包括平衡螺母 12 ； 其中杠杆 3 的最右端攻螺纹， 平衡螺母 12 套在螺纹上 （平衡 螺母 12 使杠杆 3 左右两边重力平衡， 减小了液位测量的误差） 。 0035 一种差动式杠杆结构光纤 Bragg 光栅液位传感器的使用方法， 所述方法的具体步 骤如下 ： A、 当容器中加入液体后， 空心浮力塑料杆1所受到的液体浮力通过传力弹簧11加载到 杠杆3的左端 ； 杠杆3把浮力转化为对等强度悬臂梁8移动端的压力， 带动粘贴在等强度悬 臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7。

36、 拉伸和压缩， 从而根据光纤 Bragg 光栅解调仪分析得 到粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值； B、 根据粘贴在等强度悬臂梁 8 上下两壁的光纤 Bragg 光栅 7 的中心波长差值与液 位高度H的关系式计算出被测容器的液位高度 ； 其具体参 数为 ： 1、 等强度悬臂梁的尺寸参数为 ： 工作长度l为 120mm， 固定点宽度B为 68mm， 45# 钢 Young s 模量为E= 200GPa， 悬臂梁厚度h为 2mm ； 2、 光纤 Bragg 光栅的技术参数为 ： 中心波长=1550 nm，； 3、 被测液体的参数为 ： 取汽油密度=7.39。

37、102， 重力系数g=9.8 ； 4、 空心浮力塑料杆的横截面积为s =152mm2 ； 5、 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 4 ； 6、 按附图 1 配置实验 ； 7、 用光纤光栅解调仪获取光纤 Bragg 光栅的 Bragg 波长 ； 8、 根据公式 （8） ， 光纤 Bragg 光栅的 Bragg 波长移位对被测容器液位的响应灵敏 度 ：； 将各已知量代入上式， 理论计算表明， 杠杆左右两边与支点间距离的倍率比n取 4 时， 该液位传感器的灵敏度为6.55pm/cm ； 当光纤Bragg光栅解调仪的波长分辨力为1 pm时 （指 每变化 1 pm 时） ， 该传感器的液位分辨力为 0.153cm。 0036 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明， 但是本发明并不限于上述 实施方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内， 还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。 说 明 书 CN 103674179 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103674179 A 10 。