本發明涉及測量技術領域，特別涉及一種獲取液體測量參數及液體測量的方法、裝置、設備。

背景技術：

目前，油箱液位測量方法主要有力學(機械式)方法和電學方法兩類。

力學方法主要有超聲波法和壓力差法。超聲波法由傳感器發出脈沖超聲波，經油表面反射后被同一傳感器接收，轉換成電信號。通過超聲波的發射和接收之間的時間計算傳感器到被油箱液面的距離，得到液位。壓力差法則利用壓力表測量基準面上液柱的靜壓就可測得液位。但其不足在于：力學液位測量方法精度較低，接入器件復雜，壓力差法須對油箱開孔，實時性較差。

電學方法主要有浮子法、霍爾元器件法以及壓阻式壓力傳感器法等，電學方法利用液位兩側介質物理性質差異或者液位改變引起電容、電阻或電感等電學物理量參數變化來實現。但其不足在于：目前電學液位測量方法在安全性和實時性以及對油品污染方面存在嚴重限制。

技術實現要素：

本發明提供了一種獲取液體測量參數及液體測量的方法、裝置、設備，用以解決液位測量中實時性較差或對油品有污染的問題。

本發明實施例中提供了一種液體測量裝置，包括：環行器、光纖光柵、應變敏感部件，其中：

環行器，與光纖光柵相連，接收光波后傳入光纖光柵，并將經光纖光柵反射出的光波輸出；

光纖光柵，沿二次曲線固定于應變敏感部件。

較佳地，所述光纖光柵是沿二次曲線粘貼于應變敏感部件表面的。

較佳地，一步包括：

傳感器主機，與環行器相連，向環行器輸出寬譜光波。

較佳地，進一步包括：

光電探測器，與環行器相連，將環行器輸出的光波轉換為電信號。

本發明實施例中提供了一種獲取液體測量參數的方法，包括：

向光纖光柵發送光波，所述光纖光柵是沿二次曲線固定于應變敏感部件上的；

接收經光纖光柵反射出的光波。

較佳地，所述光纖光柵是沿二次曲線粘貼于應變敏感部件表面的。

較佳地，進一步包括：

將接收的光波轉換為電信號。

本發明實施例中提供了一種液體測量的方法，包括：

通過電信號確定輸出的光波的光譜寬度Δλ，所述電信號是從上述的裝置獲取的，和/或，是通過上述的方法獲取的；

根據Δλ確定應變敏感部件的應變ε；

根據應變ε確定壓力F；

根據壓力F與應變敏感部件的表面積A確定液體高度h。

較佳地，在確定液體高度h時，根據以下關系確定：

h＝Δλ/(s2×s1×ρg×A)＝s3×Δλ；

ε(x)＝(1-x2)×s1×ρgh×A；

其中：

s3為液位對光纖光柵反射光譜譜寬Δλ的靈敏度；

s2為光纖光柵反射光譜譜寬對光纖光柵承受的應變ε的靈敏度；

s1為光纖光柵應變對應變敏感部件所受壓力的靈敏度；

ε是根據應變敏感部件的應變確定的；

x為光纖光柵一點在應變敏感部件上的相對位置；

ρ為所測液體的平均密度；

g為重力加速度。

本發明實施例中提供了一種液體測量的設備，包括：

光譜寬度模塊，用于通過電信號確定輸出的光波的光譜寬度Δλ，所述電信號是從上述的裝置獲取的，和/或，是通過上述的方法獲取的；

液體高度模塊，用于根據Δλ確定應變敏感部件的應變ε；根據應變ε確定壓力F；根據壓力F與應變敏感部件的表面積A確定液體高度h。

較佳地，液體高度模塊進一步用于在確定液體高度h時，根據以下關系確定：

h＝Δλ/(s2×s1×ρg×A)＝s3×Δλ；

ε(x)＝(1-x2)×s1×ρgh×A；

其中：

s3為液位對光纖光柵反射光譜譜寬Δλ的靈敏度；

s2為光纖光柵反射光譜譜寬對光纖光柵承受的應變ε的靈敏度；

s1為光纖光柵應變對應變敏感部件所受壓力的靈敏度；

ε是根據應變敏感部件的應變確定的；

x為光纖光柵一點在應變敏感部件上的相對位置；

ρ為所測液體的平均密度；

g為重力加速度。

本發明有益效果如下：

由于在本發明實施例提供的技術方案中，將光纖光柵沿二次曲線固定于應變敏感部件上，這樣，懸臂梁受到汽油壓力作用發生形變時，由于采用均勻光纖光柵，通過非線性曲線粘貼在懸臂梁結構上，懸臂梁的形變導致均勻光纖光柵的非線性形變，非線性形變在光柵長度上處處不同，使原有的均勻光纖光柵表現為一個啁啾光纖光柵的性質(光譜展寬)。進一步的，也就能夠通過光纖光柵反射光譜譜寬Δλ來確定出液體高度h。

進一步的，本方案可以采用均勻光纖光柵作為傳感元件，由于均勻光纖光柵成本低，因此便于制作批量化推廣應用。

進一步的，由于采用了光纖光柵反射的光譜譜寬得到液量，因此溫度變化不會影響測量結果。

進一步的，也由于采用的是光纖光柵，因此不會對所測液體產生污染。

進一步的，由于測量的參數是通過光纖光柵反射的光波確定的，因此能夠保證測量結果的及時性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例中光纖光柵油量傳感器懸臂梁示意圖；

圖2為本發明實施例中光纖光柵Chirp(啁啾)調制示意圖；

圖3為本發明實施例中光纖光柵相對形變示意圖；

圖4為本發明實施例中基于光纖光柵的油箱油量測量環境示意圖；

圖5為本發明實施例中測量主機原理示意圖；

圖6為本發明實施例中獲取液體測量參數的方法實施流程示意圖；

圖7為本發明實施例中液體測量裝置結構示意圖；

圖8為本發明實施例中液體測量的方法實施流程示意圖；

圖9為本發明實施例中液體測量的設備結構示意圖。

具體實施方式

發明人在發明過程中注意到，目前，油箱液位測量方法主要有力學(機械式)方法和電學方法兩類。但力學液位測量方法精度較低，接入器件復雜，壓力差法須對油箱開孔，實時性較差；電學方法在安全性和實時性以及對油品污染方面存在嚴重限制。然而，作為一種先進測量、計量技術，光纖傳感技術具有靈敏度高、精度高、本質安全、介入性低、抗電磁干擾以及快速響應等技術優勢，已經成為測試和計量領域發展的重要趨勢。

基于此，本發明實施例中提出一種基于光纖Chirp光柵的液位測量方案，下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行說明。

實施中，因機動車油箱油量測量在通常情況下需要滿足溫度不敏感，測量環境封閉，測量對象價值大等原因，所以當本發明實施例提供的技術方案應用在溫度不敏感機動車油箱油量測量上更具價值，因此實施例中將主要以油量的測量為例來進行說明，但這并不意味著在其他環境、或者其他液體的測量中不能應用，事實上，本領域技術人員容易理解，只要是因壓力而會使應變敏感部件產生應力形變的液體均可采用本發明實施例提供的技術方案，下面也還會通過實施例進行詳細闡述。

下面對方案中涉及的特征光纖光柵、Chirp進行簡單說明。

光纖光柵是在光纖纖芯中刻寫的短周期波導光柵，能夠反射特定波長的光波。它是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發生軸向周期性調制而形成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。由于光柵光纖具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能埋入智能材料等優點，并且其諧振波長對溫度、應變、折射率、濃度等外界環境的變化比較敏感，波長選擇性好、不受非線性效應影響、極化不敏感、易于與光纖系統連接、便于使用和維護、帶寬范圍大、附加損耗小、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規模生產，成本低，因此它具有良好的實用性，其優越性是其他許多器件無法替代的。

Chirp是編碼脈沖技術，是通信技術有關編碼脈沖技術中的一種術語，是指對脈沖進行編碼時，其載頻在脈沖持續時間內線性地增加，當將脈沖變到音頻地，會發出一種聲音，聽起來像鳥叫的啁啾聲，故名“啁啾”。后來就將脈沖傳輸時中心波長發生偏移的現象叫做“啁啾”。例如在光纖通信中由于激光二極管本身不穩定而使傳輸單個脈沖時中心波長瞬時偏移的現象，也叫“啁啾”。Chirp信號是一個典型的非平穩信號。均勻光纖光柵是指光纖光柵的柵格周期(即折射率變化的空間周期)在光纖光柵長度上是恒定不變的。在光纖光柵中，啁啾的概念是指光纖光柵的柵格周期在光纖光柵長度上發生變化，不是恒定的。

應變敏感部件，是受到壓力作用會發生形變的部件，其在不同位置處的形變量不同，具體實施中，該種可以感受壓力應變的部件可以是合金金屬結構、矩形薄片等，例如懸臂梁。

下面先以采用懸臂梁進行的油量測量為例對本申請要旨進行說明。

圖1為光纖光柵油量傳感器懸臂梁示意圖，圖2為光纖光柵Chirp(啁啾)調制示意圖，圖3為光纖光柵相對形變示意圖，則有：

如圖1所示，將光纖光柵沿二次曲線粘貼于感受壓力應變的懸臂梁表面。這樣，懸臂梁受到汽油壓力作用發生形變，在不同位置處的形變量不同，具體如圖3所示，此時，光纖光柵將表現出Chirp(啁啾)光柵的性質，也即：反射光譜展寬，其效果如圖2所示。

也即，由于采用均勻光纖光柵，通過非線性曲線(二次曲線)粘貼在懸臂梁結構上，懸臂梁的形變導致均勻光纖光柵的非線性形變，非線性形變在光柵長度上處處不同，使原有的均勻光纖光柵表現為一個啁啾光纖光柵的性質(光譜展寬)。

下面再給出利用測量出的光譜展寬得出液體高度的要旨進行說明。

首先對測量的環境以及測量涉及的軟硬件設備進行簡要介紹。

圖4為基于光纖光柵的油箱油量測量環境示意圖，如圖4所示，測量主機是通過光纖光柵獲取參數進行結果處理的設備，采用光纖光柵對圖中的油箱的油量進行測量，以懸臂梁為基準，設其高度為h0，懸臂梁距離油面的高度(圖中具體示意為汽油液位)為h。

圖5為測量主機原理示意圖，如圖所示，可以采用傳感器主機輸出寬譜光波，通過環形器進入光纖光柵，反射后通過環形器達到光電探測器，轉換為電信號后，通過采集卡進入計算機進行處理。需要說明的是，測量主機是用于說明本申請方案要旨的由多個現有的電子元器件等組成的具體的設備，該設備并不是能夠完全體現本申請技術要點的技術方案。

在采用圖5所示的設備對圖4所示的環境進行測量時，則通過光譜展寬獲知液面高度的過程可如下：

油箱中底部基準h0處安裝懸臂梁作為應變敏感單元，其厚度忽略不計。汽油液位為h時，作用在懸臂梁的壓強P為：

P＝ρgh (1)

其中，ρ＝0.72g/ml＝7.2×10⁵g/m³為汽油平均密度，g＝9.8m/s²為重力加速度。則，作用在懸臂梁的壓力F為：

F＝ρgh×A (2)

其中，A為懸臂梁的表面積。在汽油壓力作用下，導致懸臂梁產生應變，懸臂梁上方粘貼封裝后的光纖光柵，可以近似認為光纖光柵承受的應變與懸臂梁應變相同，為ε，則有：

ε(x)＝(1-x²)×s1×ρgh×A (3)

其中，x為光纖光柵一點在懸臂梁上的相對位置(設：x＝0時為左側起點，x＝1時為右側終點)，s1為光纖光柵(懸臂梁)應變對懸臂梁所受壓力的靈敏度。s1由懸臂梁密度、彈性模量、泊松比以及形狀等多個因素決定。傳感器主機光源輸出光波，經過光纖光柵后反射光波被傳感器檢測，得到反射光譜寬度Δλ。Δλ與懸臂梁所受應變ε存在線性關系：

Δλ＝s2×s1×ρgh×A (4)

其中，s2為光纖光柵反射光譜譜寬對應變懸臂梁ε的靈敏度。根據(4)，可以得到液位h與光纖光柵反射光譜譜寬Δλ之間的線性定量關系：

h＝Δλ/(s2×s1×ρg×A)＝s3×Δλ (5)

其中，s3＝1/(s2×s1×ρg×A)為液位對光纖光柵反射光譜譜寬Δλ的靈敏度，可以通過實驗標定得到。(5)為光纖光柵油量測量的標定式。安裝好測量裝置后，對裝置進行標定，得到s3。

根據上述要旨，本發明實施例中提供了能夠獲取供計算設備處理的參數的獲取液體測量參數的方法、液體測量裝置，并提供了進一步處理的液體測量的方法，且根據同一發明構思提供了液體測量的設備，下面進行說明。

圖6為獲取液體測量參數的方法實施流程示意圖，如圖所示，可以包括：

步驟601、向光纖光柵發送光波，所述光纖光柵是沿二次曲線固定于應變敏感部件上的；

步驟602、接收經光纖光柵反射出的光波。

實施中，所述光纖光柵可以是沿二次曲線粘貼于應變敏感部件表面的。

實施中，還可以進一步包括：

將接收的光波轉換為電信號。

圖7為液體測量裝置結構示意圖，如圖所示，包括：環行器701、光纖光柵702、應變敏感部件703，其中：

環行器701，與光纖光柵702相連，接收光波后傳入光纖光柵，并將經光纖光柵反射出的光波輸出；

光纖光柵，沿二次曲線固定于應變敏感部件703。

實施中，所述光纖光柵是沿二次曲線粘貼于應變敏感部件表面的。

實施中，還可以進一步包括：

傳感器主機704，與環行器相連，向環行器輸出寬譜光波。

實施中，還可以進一步包括：

光電探測器705，與環行器相連，將環行器輸出的光波轉換為電信號。

圖8為液體測量的方法實施流程示意圖，如圖所示，可以包括：

步驟801、通過電信號確定輸出的光波的光譜寬度Δλ；

其中，所述電信號是從上述的裝置獲取的，和/或，是通過上述的方法獲取的；

步驟802、根據Δλ確定應變敏感部件的應變ε；

步驟803、根據應變ε確定壓力F；

步驟804、根據壓力F與應變敏感部件的表面積A確定液體高度h。

實施中，在確定液體高度h時，根據以下關系確定：

h＝Δλ/(s2×s1×ρg×A)＝s3×Δλ；

ε(x)＝(1-x2)×s1×ρgh×A；

其中：

s3為液位對光纖光柵反射光譜譜寬Δλ的靈敏度；

s2為光纖光柵反射光譜譜寬對光纖光柵承受的應變ε的靈敏度；

s1為光纖光柵應變對應變敏感部件所受壓力的靈敏度；

ε是根據應變敏感部件的應變確定的；

x為光纖光柵一點在應變敏感部件上的相對位置；

ρ為所測液體的平均密度；

g為重力加速度。

圖9為液體測量的設備結構示意圖，如圖所示，可以包括：

光譜寬度模塊901，用于通過電信號確定輸出的光波的光譜寬度Δλ，所述電信號是從上述的裝置獲取的，和/或，是通過上述的方法獲取的；

液體高度模塊902，用于根據Δλ確定應變敏感部件的應變ε；根據應變ε確定壓力F；根據壓力F與應變敏感部件的表面積A確定液體高度h。

實施中，液體高度模塊進一步用于在確定液體高度h時，根據以下關系確定：

h＝Δλ/(s2×s1×ρg×A)＝s3×Δλ；

ε(x)＝(1-x2)×s1×ρgh×A；

其中：

s3為液位對光纖光柵反射光譜譜寬Δλ的靈敏度；

s2為光纖光柵反射光譜譜寬對光纖光柵承受的應變ε的靈敏度；

s1為光纖光柵應變對應變敏感部件所受壓力的靈敏度；

ε是根據應變敏感部件的應變確定的；

x為光纖光柵一點在應變敏感部件上的相對位置；

ρ為所測液體的平均密度；

g為重力加速度。

為了描述的方便，以上所述裝置的各部分以功能分為各種模塊或單元分別描述。當然，在實施本發明時可以把各模塊或單元的功能在同一個或多個軟件或硬件中實現。

綜上所述，在本發明實施例提供的技術方案中，采用光纖光柵沿二次曲線軌跡在懸臂梁表面，使得懸臂梁形變實現對光纖光柵的Chirp(啁啾)調制，從而能夠通過檢測光纖光柵反射光譜譜寬得到油量。

本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器和光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。