光纖傳感器與激光測距的物位傳感器設計

激光測距傳感器通過(guò)光纖傳導發(fā)射與接收的激光，此時(shí)進(jìn)行檢測得到的檢測結果L1可以認為是激光通過(guò)光纖，從激光發(fā)射端到測量探頭所走過(guò)的光程d與從測量探頭到被測物質(zhì)表面的距離h之和。這里可以通過(guò)實(shí)驗確定光程d并提前測得未進(jìn)行裝藥之前的空罐高度D，從而得出所求物位H=D-(L1-d)。
在未開(kāi)始固體推進(jìn)劑灌裝之前采用傳感器進(jìn)行檢測可以得到L2。此時(shí)，L2即激光通過(guò)光纖從激光發(fā)射端到探頭間的光程d與未裝藥前的空罐高度D之和。此時(shí)得出所求物位H=L2-L1。因此在進(jìn)行裝藥物位檢測時(shí)將傳感器空罐時(shí)的檢測值L2儲存在系統控制單元中，便可通過(guò)數據處理由檢測值得出物位。

4 系統安全分析
系統可以通過(guò)光纖使激光測距系統遠離測試現場(chǎng)，實(shí)現測試不帶電，從而避免出現短路、漏電等危險情況的情況。系統采用激光作為測量的載體，激光本身具有一定的能量，但市場(chǎng)上的相位式激光測距儀大都采用650 nm左右可見(jiàn)紅光，光功率均小于0．95 mW，符合對人眼安全的要求。已有實(shí)驗證明這類(lèi)激光測距儀安全可靠，不會(huì )產(chǎn)生任何熱效應。

5 實(shí)驗設計與分析
我們對系統進(jìn)行了原理性實(shí)驗，由于實(shí)驗條件的限制僅對激光接收回路進(jìn)行了實(shí)驗。激光測距儀采用徠卡公司的A2型激光測距儀，激光發(fā)射功率小于0．95 mW。其主要參數為量程0．06～60 m、測量精度1．5 mm、測量精度±1．5 mm、激光波長(cháng)635 nm。
實(shí)驗平臺如圖3所示。采用多模石英光纖，工作波長(cháng)為620～700 nm，光纖長(cháng)度為0．8 m，芯徑為200μm，激光準直與接收采直徑為13 mm單透鏡。實(shí)驗時(shí)在激光測距儀與被測目標間放置了鋼板，完全阻斷了反射激光從原光路進(jìn)入測距儀。經(jīng)過(guò)對光路部分的精密調校，最終激光測距儀可以正常工作并穩定地測出數據。

實(shí)驗首先對系統量程進(jìn)行了測定，經(jīng)過(guò)反復測定得出量程為200～3 512 mm(被測目標為淺灰色塑料)，當被測目標與接收透鏡小于200 mm時(shí)還可以測出數據，但此時(shí)測量速度將明顯變慢。通過(guò)實(shí)驗使被測目標在量程范圍內進(jìn)行小范圍位移，對測試測量精度進(jìn)行了測定，實(shí)驗數據如表2所列。

由實(shí)驗數據可得系統平均誤差為1．08 mm，測量精度達到了激光測距儀本身標稱(chēng)的精度，表明測量精度未受光學(xué)系統影響。同時(shí)，測距儀的量程大幅度減小，這是由于激光測距儀接收到的光功率減小造成的，衰減主要產(chǎn)生于透鏡與光纖的耦合處，這種衰減可以通過(guò)增大透鏡的面積和在透鏡與光纖間填充特殊液體等方式減小。

6 結論
本文基于光纖傳感器與激光測距的物位傳感器設計，通過(guò)搭建實(shí)驗平臺進(jìn)行了測試，證明激光測距儀的激光接收回路經(jīng)改造后依然能夠實(shí)現精確、穩定的測量。這種傳感器可通過(guò)光纖使電學(xué)系統遠離測量現場(chǎng)，從而達到安全要求，在石油、化丁等高危作業(yè)環(huán)境下的料位、液位等的測量應用中具有良好的前景。