为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。

为了测量液位高度变化, 采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法, 研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化, 进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验, 研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响, 并分析了实验误差。结果表明, 该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时, 液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm 。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。

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%。

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。

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。

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。

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。

利用单晶炉中特殊结构在硅熔液上的倒影图像目标, 通过图像处理进行高温硅熔体液面变化的非接触式检测。首先比较不同图像分割方法对倒影图像处理的效果, 选取最优图像分割方法处理不同单晶硅液位的倒影图像, 其次采用不同角度、不同尺寸ROI(感兴趣区域)对图像进行分割, 并提取分割后的目标像素面积, 最后利用像素面积变化与对应液位变化之间的比值系数和像素面积变化的标准差相结合的评价函数对图像处理效果进行对比。结果表明, 采用动态局部阈值分割法和大尺寸且垂直于相机视角的ROI对图像进行处理, 使得评价函数值最大, 兼顾了单晶硅液位检测的灵敏度和精密度。

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.

为了校正扭转波速度、补偿温度、抑制脉冲电流噪声以及提高输出信号的信噪比, 设计了一种双检测线圈结构应用于磁致伸缩液位传感器。推导了扭转波速度与温度的数学模型, 得到了扭转波速度随温度的变化趋势; 分析了单检测线圈结构存在温度影响测量结果与脉冲电流幅值大等问题。通过理论分析, 最终的实验结果表明, 与单检测线圈结构相比, 双检测线圈结构能够快速计算扭转波速度, 补偿温度对测量结果的影响, 将脉冲电流噪声信号幅值降低至原来的1/27, 测量误差由原来的0.18 mm降低至0.02 mm。双检测线圈结构为磁致伸缩液位传感器优化设计提供了理论指导。