南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
绝对检验作为一种光学元件高精度检测方法, 其中的两平晶绝对检验无法精确测量平移过程中的倾斜误差, 导致恢复的面形中二次项出现偏差。液面在位置变化前后能够保持水平, 在旋转平移过程中不会产生倾斜误差。推导了平移过程中倾斜误差和恢复面形中离焦项的关系, 并通过仿真分析加以验证, 当不存在倾斜误差时, 残差面PV值小于1nm。在300mm口径立式斐索干涉仪上进行液面旋转平移干涉实验, 将所得到结果与传统三面互检法进行对比, 面形基本一致, PV值偏差小于1.3nm, RMS值偏差小于0.65nm, 证明了液面旋转平移法在干涉测量过程中不会引入倾斜误差。
干涉测量 平面绝对检验 液面旋转平移 倾斜误差 interferometric measurement plane absolute inspection liquid level rotation and translation tilt error
1 重庆理工大学电气与电子工程学院光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆 400054
2 重庆理工大学电气与电子工程学院智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
3 重庆理工大学两江国际学院, 重庆 401135
为消除工质成分和折射率(RI)对液位测量准确性的影响,利用低包层RI侧发光塑料光纤、反射镜、光纤固定杆和空气密封装置构建了反射式液位光纤传感器。首先,从理论及实验角度研究了光纤包层折射率对不同工质及不同折射率的同种工质液位测量的影响。然后,为了提高传感器灵敏度,研究了光纤螺旋直径和螺距对传感器灵敏度的影响。最后,研究了液位变化速率和工质温度对传感器响应特性的影响。研究结果表明,当工质RI大于光纤包层RI、液位变化速率为10~100 cm/min、工质温度变化范围为10~70 ℃时,传感器的输出与液位间具有线性关系。此外,测量结果不受工质成分、RI及工质液位变化速率的影响,传感器灵敏度可达0.0101 cm -1,最大相对误差小于6.85%。
光纤光学 塑料光纤传感器 液位 反射式 螺旋结构 准确测量 灵敏度
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of In-fiber Integrated Optics, Ministry of Education, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 Acoustic Science and Technology Laboratory, College of Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
3 Photonics Research Center, Guilin University of Electronics Technology, Guilin 541004, China
In this paper, a novel liquid level sensor with ultra-high sensitivity is proposed. The proposed sensor is configured by a slice-shaped composite long period fiber grating (SSC-LPFG). The SSC-LPFG is prepared by polishing two opposite sides of a composite multimode–single-mode–multimode fiber structure using a laser. The method improves the sensitivity of the sensor to external environment. Based on the simulation calculation, a liquid level sensor with a length of 3 mm is designed. The experimental transmission spectrum agrees well with the simulation result. The experimental results show that the sensitivity reaches 7080 pm/mm in the liquid level range of 0–1400 μm in water. The temperature sensitivity is 24.52 pm/°C in the range of 20°C–90°C. Due to the ultra-high sensitivity, good linearity, and compact structure, the SSC-LPFG has potential application in the field of high-precision liquid level measurement.
liquid level sensor composite long period fiber grating ultra-high sensitivity Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011202
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
容器液位检测是工业生产及化工原料储存、运输过程中的重要环节,针对现有液位检测技术中传感器布置容易受空间限制,在高温高压、灰尘、潮湿等特殊环境下传感器寿命短等问题,提出了一种基于深度学习的红外目标成像液位检测方法。通过对容器红外图像标注数据集进行优化训练,得到可以准确识别容器内液体百分比含量的模型。首先,构建储罐液位标准数据集,并搭建基于Pytorch的深度学习目标检测框架。然后,在输入端对图像进行数据增强,调整模型的宽度和深度,优化训练检测模型。最后,采用特征金字塔网络和路径聚合网络结构融合不同尺寸特征图的特征信息,用联合交并比计算边界框的回归损失,并在后处理过程中引入加权非极大值抑制。实验结果表明,该模型具有较好的鲁棒性和识别效果,在交并比为0.5时的平均精度均值可达到0.804。
图像处理 液位检测 红外成像 深度学习 目标检测 光学学报
2021, 41(21): 2110001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116000, China
2 School of Physic, Dalian University of Technology , Dalian 116000, China
We propose and demonstrate an all-fiber liquid-level sensor using an in-line multimode-single-mode-multimode (MSM) fiber structure. A piece of single-mode fiber (SMF) is spliced to two sections of equivalent multimode fiber (MMF) which are used as both mode splitter and mode coupler. The cladding mode will be excited when the light propagates from MMF to SMF, and then it will be combined with fundamental mode to form a Mach-Zehnder interferometer (MZI) when the light propagates from SMF to the other MMF. The liquid level is detected by the selected resonant dips shift of the transmission spectrum. A sensing sensitivity of 264.6 pm/mm is achieved for the proposed sensor with an SMF length of 26 mm. Due to its compact structure, easy fabrication, and high sensitivity, the proposed liquid-level sensor is attractive for practical applications in a variety of fields, such as marine detection and chemical processing.
Liquid-level sensor MSM fiber structure MZI optical fiber sensor Photonic Sensors
2021, 11(3): 291
无锡职业技术学院 物联网技术学院, 无锡 214121
为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量, 采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法, 对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析, 研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响, 并对传感器结构参量进行了优化,基于平面电容传感器,设计了非接触式低液位检测系统, 通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证, 取得了0mm～100mm范围的液位测量数据。结果表明, 该检测系统工作稳定, 具有线性输出, 重复性误差约为±0.28%, 数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。
测量与计量 液位检测 平面电容传感器 电极结构 measurement and metrology liquid level detection planar capacitive sensor electrode structure FDC2214 FDC2214
提出一种基于调频连续波干涉测量技术的膜片式法布里-珀罗（F-P）腔液位传感器。根据调频连续波干涉技术液位测量体系理论制作液位传感器，搭建液位测量系统，并对其进行线性度、灵敏度和分辨率等测试。实验结果表明，调频连续波液位传感器液位测量的线性度为0.99998，液位测量的灵敏度为465 nm/mm，分辨率约为33.998 nm，对应的液位值为0.0731 mm，而且具有很好的稳定性、重复性和迟滞性。因此，所设计的调频连续波光纤液位传感器可以实现高精度且稳定的液位测量。
激光光学 调频连续波激光干涉 法布里-珀罗（F-P）腔干涉仪 膜片压力原理 光纤液位传感头 液位测量 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714009
中国电子科技集团公司 重庆声光电有限公司, 重庆400060
该文设计了一种用于机载废水储箱的超声波定点液位监测传感器。该传感器采用全封闭式结构, 有效排除了环境对监测过程的不良影响; 同时提出双重判定算法, 提升了监测的准确度和可靠性。对该传感器的有效性进行了验证, 理论与实践分析表明, 该传感器可以较准确、稳定地实现定点液位监测报警功能。
机载废水储箱 超声波 定点液位监测 全封闭式结构 双重判定算法 airborne wastewater storage tank ultrasound fixed-point liquid level monitoring fully enclosed structure dual decision algorithm
1 重庆理工大学 理学院, 重庆 400054
2 绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
利用强度调制型光纤传感器容易解调的优势, 提出了一种强度调制型光纤液位传感器.传感器由三根无芯光纤组成, 其中, 无芯光纤1与无芯光纤2串联构成测量臂, 无芯光纤3构成参考臂.仿 真分析得出, 无芯光纤长度每缩短1 mm, 透射峰波长增加25.46 nm.在0~50 mm小液位范围内, 实验测得传感器在水、5% NaCl、10% NaCl和15% NaCl水溶液四种液体环境中的液位灵敏度分别为0.069 5 dB/mm、0.074 73 dB/mm、0.077 49 dB/mm及0.082 71 dB/mm, 线性度分别为0.998 25、0.998 49、0.988 11及0.995 13, 线性度较高.该传感器可较好地消除光源光功率波动与环境温度变化带来 的影响, 重复性较好, 在石油化工领域有一定的应用潜力.
光纤传感 液位传感器 强度调制 无芯光纤 温度不敏感 Fiber optics sensor Liquid-level sensor Intensity modulation No-core optical fiber Temperature insensitivity
长沙理工大学 汽车与机械工程学院, 湖南 长沙 410000
为了提高分光光度法在快速定量分析中的准确性, 从润湿效应形成的机理及分光光度法的检测光路出发,提出了分析影响样本吸光度测量的一种研究方法。从理论上研究润湿效应下弯曲液面曲率对样本吸光度测量的影响；根据弯曲液面对测量的影响使用ZEMAX软件对检测光路进行重新设计；通过测量细菌悬液的吸光度, 并根据测量的吸光度对细菌生长进行曲线拟合来对设计的检测光路进行实验验证。结果表明, 润湿效应对分光光度法在快速定量检测时有着不可忽视的影响, 且随着浓度的增加其影响就越大。
应用光学 分光光度法 吸光度 润湿效应 弯曲液面 applied optics spectrophotometric method absorbance wetting effect bending liquid level
