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

4 系統安全分析
系統可以通過光纖使激光測距系統遠離測試現場，實現測試不帶電，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，但市場上的相位式激光測距儀大都采用650 nm左右可見紅光，光功率均小于0．95 mW，符合對人眼安全的要求。已有實驗證明這類激光測距儀安全可靠，不會產生任何熱效應。

5 實驗設計與分析
我們對系統進行了原理性實驗，由于實驗條件的限制僅對激光接收回路進行了實驗。激光測距儀采用徠卡公司的A2型激光測距儀，激光發射功率小于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635 nm。
實驗平臺如圖3所示。采用多模石英光纖，工作波長為620～700 nm，光纖長度為0．8 m，芯徑為200μm，激光準直與接收采直徑為13 mm單透鏡。實驗時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入測距儀。經過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。

實驗首先對系統量程進行了測定，經過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時還可以測出數據，但此時測量速度將明顯變慢。通過實驗使被測目標在量程范圍內進行小范圍位移，對測試測量精度進行了測定，實驗數據如表2所列。

由實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的精度，表明測量精度未受光學系統影響。同時，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，衰減主要產生于透鏡與光纖的耦合處，這種衰減可以通過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，通過搭建實驗平臺進行了測試，證明激光測距儀的激光接收回路經改造后依然能夠實現精確、穩定的測量。這種傳感器可通過光纖使電學系統遠離測量現場，從而達到安全要求，在石油、化丁等高危作業環境下的料位、液位等的測量應用中具有良好的前景。