一种光纤隔膜传感器及液体样品参数的测量方法

技术领域

本发明涉及光纤隔膜传感器领域，具体涉及一种光纤隔膜传感器及液体样品参数的测量方法。

背景技术

在化工生产、冶金工业、石油工业等诸多领域，液位及液压实时在线准确监测是保障其存储装置及系统安全正常运行的关键。由于光纤液位及液压传感器具有抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀、电绝缘、连续测量、几何尺寸小、使用寿命长等优点，相对于传统的电容式、超声波式以及磁致伸缩式液位传感器，其在易燃易爆、强腐蚀性、强电磁干扰等恶劣环境下有较大的竞争优势。

目前，国内外已报道的光纤液位传感器主要有：尖端反射型、光泄露型、光强反射型以及光纤光栅型传感器。其中，光纤光栅液位传感器有折射率型、浮力型以及压力隔膜型。压力隔膜型光纤光栅液位传感器结构简单、灵敏度高、精度高，是最具潜力且应用到工程实践中的连续式大量程光纤液位传感器。

虽然压力隔膜型光纤光栅液位传感器具有上述诸多优势，但现有研究主要集中于提高传感器灵敏度，而液位检测的最大量程小于130cm，难以满足工程实际需求。

更为重要的是，当前关于光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating，光纤Bragg光栅)同时实现大量程液位、液压及温度测量的文献还未见报道。因此研制一种准确同时检测大量程液位、液压及温度的光纤Bragg光栅传感器十分必要。

发明内容

本发明目的在于提供一种光纤隔膜传感器及液体样品参数的测量方法，以解决现有压力隔膜型光纤光栅液位传感器的检测量程小的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种光纤隔膜传感器，用于液体样品参数的测量，包括样品舱1以及检测舱，所述样品舱1与检测舱之间固定连接；所述样品舱1周侧壁开设有入水口2和出水口3，用于待测液体样品的流入和流出；所述样品舱1朝向检测舱一侧的侧面开设有检测口5；所述检测舱包括隔膜6以及第一光纤Bragg光栅9，所述检测舱与大气相连通，所述隔膜6贴附于样品舱1开设有检测口5的侧面，对所述检测口5形成封闭；所述第一光纤Bragg光栅9固定于隔膜6表面远离检测口5的一侧；样品舱1内有液体流入时，隔膜6能够产生形变并带动第一光纤Bragg光栅9产生应变。

优选的，所述检测舱还包括固定板13，所述固定板13与隔膜6远离样品舱1的一侧固定连接，所述固定板13上固定有第二光纤Bragg光栅12。

优选的，所述第一光纤Bragg光栅包括对应于隔膜6位置处的第一光栅区20，以及从所述隔膜6位置处朝向检测舱延伸的第一尾纤区10；所述第二光纤Bragg光栅包括对应于固定板13位置处的第二光栅区26，以及从所述固定板13位置处朝向检测舱延伸的第二尾纤区14。

优选的，所述固定板13远离隔膜6的一侧固定有一恒压舱16，所述恒压舱16朝向固定板13的一侧开设有导纤孔15，所述恒压舱16顶部安装有用于恒压舱16内部与外部大气连通的导管17，所述第一尾纤区10自由端和第二尾纤区14自由端从导管17中穿出。

优选的，所述隔膜6上对应于检测口5且远离检测口5的一侧开设有第一安装槽8，第一光纤Bragg光栅9固定于第一安装槽8，并使第一光栅区20位于第一安装槽8内；所述固定板13上远离隔膜6的一侧开设有第二安装槽11，第二光纤Bragg光栅12固定于第二安装槽11，并使第二光栅区26、24位于第一安装槽8内。

优选的，所述固定板13上与检测口5对应的位置处开设有预留变形口19。

优选的，所述样品舱1检测口5的形状为椭圆形，且椭圆形的长轴与第一光纤Bragg光栅9的安装方向平行。

本发明还公开了一种液体样品参数的测量方法，利用如上所述一种光纤隔膜传感器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立光纤隔膜传感器灵敏度系数与待测液体样品参数之间的数学模型；

步骤2、通过实验确定光纤隔膜传感器灵敏度系数K

步骤3、将样品舱置于待测液体样品中；

步骤4、获取第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅的Bragg波长变化值；

步骤5、代入步骤1中的数学模型中，得到待测液体样品参数值。

优选的，步骤1中，光纤隔膜传感器灵敏度系数与待测液体样品参数之间的数学模型为：

式中，λ

优选的，步骤2中，第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅的Bragg波长变化值与待测液体样品参数之间的关系式为：

式中，△L指代液位变化量，△T指代温度变化量，△P指代静水压力变化量，K

本发明具有以下有益效果：

1、本发明公开的光纤隔膜传感器能够同时测量液位、液压和温度，且具有较大量程，能够满足工程实际需求。

2、本发明采用两个光纤Bragg光栅分别固定在隔膜和固定板上，第二光纤Bragg光栅和第一光纤Bragg光栅的监测数据相耦合，可消除隔膜温度的变化对第一光纤Bragg光栅测量结果产生的影响，进而实现对液位液压及温度三参数的准确测量。

3、本发明还公开了光纤隔膜传感器同时检测液位-液压-温度的理论模型，为光纤隔膜传感器提供了良好的理论基础。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的传感器结构示意图。

图2为本发明的图1中A向视图恒压舱结构示意图。

图3为本发明的隔膜结构示意图。

图4为本发明的光纤Bragg光栅在隔膜表面装配示意图。

图5为本发明的固定板结构示意图。

图6为本发明的光纤Bragg光栅在固定板表面装配示意图。

图7为本发明的光纤Bragg光栅局部结构示意图。

图8为本发明实施例的传感器温度响应特性示意图。

图9为本发明实施例的第一光纤Bragg光栅温度补偿前后的液位及压力响应特性示意图。

附图标记说明：1、样品舱；2、入水口；3、出水口；4、螺丝孔；5、检测口；6、隔膜；7、粘接剂；8、第一安装槽；9、第一光纤Bragg光栅；10、第一尾纤区；11、第二安装槽；12、第二光纤Bragg光栅；13、固定板；14、第二尾纤区；15、导纤孔；16、恒压舱；17、导管；18、螺丝；19、预留变形口；20、第一光栅区；21、纤芯；22、包层；23、涂覆层；24、光栅区；25、去除涂覆层的尾纤区；26、第二光栅区。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明解决了现有压力隔膜型光纤光栅液位传感器的检测量程小的技术问题。

本发明中提到的所述光纤Bragg光栅一般包括光栅区和尾纤区，其中光栅区由间距为Λ的一列平行半反射镜组成，Λ称为布拉格间距。光纤Bragg光栅基本特性就是以共振波长为中心的一个窄带光学滤波器，该共振波长称为布拉格波长，光栅的作用如同强的反射镜。

具体到本发明中，将第一光纤Bragg光栅的具备光栅功能的区域称为第一光栅区，将第一光纤Bragg光栅的尾纤区称为第一尾纤区；将第二光纤Bragg光栅的具备光栅功能的区域称为第二光栅区，将第二光纤Bragg光栅的尾纤区称为第二尾纤区。

本发明中采用聚甲基丙烯酸甲酯制作长宽高为1～30cm的光纤隔膜传感器，可实现对液体工质(工质是能实现热能和机械能相互转换的媒介质，如燃气、蒸汽等)温度10～80℃、液位高度0～10m和液压0～100KPa范围三参数准确测量。

如图1和图2所示，基于以上要解决的技术问题，本发明公开了一种光纤隔膜传感器，包括样品舱1以及检测舱，所述样品舱1与检测舱之间固定连接；

所述样品舱1周侧壁开设有入水口2和出水口3，用于待测液体样品的流入和流出；所述样品舱1朝向检测舱一侧的侧面开设有检测口5；

所述检测舱包括隔膜6以及第一光纤Bragg光栅9，所述检测舱与大气相连通，所述隔膜6贴附于样品舱1开设有检测口5的侧面，对所述检测口5形成封闭；所述第一光纤Bragg光栅9固定于隔膜6表面远离检测口5的一侧；

样品舱1内有液体流入时，隔膜6产生形变并带动第一光纤Bragg光栅9产生应变。

具体的，所述液体样品参数为液体的液位、液压以及液温。

具体的，所述隔膜6贴附于样品舱1开设有检测口5的侧面，对所述检测口5形成封闭；所述隔膜6能够完全将检测口5覆盖，待测液体样品进入样品舱1后，样品舱1内的待测液体样品对隔膜6产生压力，与此同时，检测舱处于相对独立的环境，且检测舱内部为空气，内部气压与外界大气压一致，因此，能够使隔膜6的两侧形成压力差，进而带动第一光纤Bragg光栅9产生应变，第一光纤Bragg光栅9的谐振中心波长将随着隔膜6形变和温度变化而发生漂移，因此，中的第一光纤Bragg光栅9可同时响应液位液压及温度变化信息。

具体的，所述入水口2开设于所述样品舱1的顶部，所述出水口3开设于所述样品舱1的底部，入水口直径为0.2～5cm，出水口直径为0.2～5cm。

作为入水口和出水口在样品舱表面开设位置的实施例，所述入水口2和出水口3也可设于样品舱1顶部和底部对称的位置，也可以均开设于样品舱的侧面，均能够实现本发明所公开的光纤隔膜传感器的功能，实现待测液体参数的准确测量。

具体的，所述样品舱1外形呈长方体结构，其长、宽、高分别为1～30cm、1～30cm、1～30cm。

具体的，所述样品舱1检测口5形状为圆形或椭圆形。

作为优选，所述样品舱1检测口5形状为椭圆形，检测口5长轴长度为1～5cm、短轴长度为0.5～4cm。

相较于圆孔或其他形状的孔，椭圆形孔可以提高隔膜有效形变直径，进而提高传感器灵敏度；同时椭圆形孔也有助于减小隔膜破损率，提高传感器的使用寿命。

具体的，所述隔膜6为长方形，其外形与样品舱1侧面形状相适配，隔膜6的长、宽、厚分别为1～30cm、1～30cm、0.2～1cm，所述隔膜6材质为橡胶。

具体的，所述第一光纤Bragg光栅9反射中心波长为1515～1580nm、长度为2～20mm、尾纤长0.5～10m。

作为优选，如图3和图4以及图7所示，所述隔膜6上对应于检测口5且远离检测口5的一侧开设有第一安装槽8，第一光纤Bragg光栅9固定于第一安装槽8内，并使第一光栅区20位于第一安装槽8内。所述第一光纤Bragg光栅包括对应于隔膜6位置处的第一光栅区20，以及从所述隔膜6位置处朝向检测舱延伸的第一尾纤区10。

第一光纤Bragg光栅9安装于隔膜6的第一安装槽8的步骤有：

步骤1.1、将距离第一光纤Bragg光栅9的光栅区24上下各1～5cm、长1～3cm处尾纤涂覆层23去除，然后在隔膜6表面利用刀片雕刻深度和宽度分别为125～500μm的第一安装槽8；此处光栅区24即为第一光纤Bragg光栅9的第一光栅区20。

步骤1.2、将第一光纤Bragg光栅9置入第一安装槽8内，并让第一光纤Bragg光栅9处于自由伸长状态；

步骤1.3、采用粘接剂7将去除涂覆层23的第一光纤Bragg光栅9的尾纤与隔膜6粘接在一起。

步骤1.3中，所述粘接剂7为UV无影胶或环氧树脂AB胶。

所述检测舱还包括固定板13，所述固定板13与隔膜6远离样品舱1的一侧固定连接，所述固定板13上固定有第二光纤Bragg光栅12。所述第二光纤Bragg光栅12用于响应温度变化信息。

具体的，所述固定板13的长、宽、厚分别为1～30cm、1～30cm、0.2～1cm，所述第二光纤Bragg光栅12反射中心波长为1515～1580nm、长度为2～20mm、尾纤长0.5～10m。

作为优选，如图5和图6以及图7所示，所述固定板13上远离隔膜6的一侧开设有第二安装槽11，第二光纤Bragg光栅12固定于第二安装槽11，并使第二光栅区26、24位于第一安装槽8内。

所述第二光纤Bragg光栅包括对应于固定板13位置处的第二光栅区26，以及从所述固定板13位置处朝向检测舱延伸的第二尾纤区14。

第二光纤Bragg光栅12安装于固定板13的第二安装槽11具有以下步骤：

步骤2.1、将距离第二光纤Bragg光栅12光栅区24上下各1～5cm、长1～3cm处尾纤涂覆层23去除；此处光栅区24即为第二光纤Bragg光栅12的第二光栅区26。

步骤2.2、在固定板13表面非孔区利用刀片雕刻深度和宽度分别为125～200μm的第二安装槽11，将第二光纤Bragg光栅12置入第二安装槽11内，并让第二光纤Bragg光栅12处于自由伸长状态；

步骤2.3、采用粘接剂7将去除涂覆层23的第二光纤Bragg光栅12的尾纤与固定板13粘接在一起；

步骤2.3中所述粘接剂7为UV无影胶或环氧树脂AB胶。

作为优选，所述固定板13上与检测口5对应的位置处开设有预留变形口19。固定板13上的预留变形口19大小与样品舱1的检测口5大小相同且位置关系对应，预留变形口19用于给隔膜6预留发生变形的空间。

具体的，所述预留变形口19形状为圆形或椭圆形。

作为优选，所述预留变形口19形状为椭圆形，预留变形口19长轴为1～5cm、短轴为0.5～4cm；

相较于圆孔或其他形状的孔，椭圆形孔可以提高隔膜有效形变直径，进而提高传感器灵敏度；同时椭圆形孔也有助于减小隔膜破损率，提高传感器的使用寿命。

所述固定板13远离隔膜6的一侧固定有一恒压舱16，所述恒压舱16朝向固定板13的一侧开设有导纤孔15，所述恒压舱16顶部安装有用于恒压舱16内部与外部大气连通的导管17，所述第一尾纤区10自由端和第二尾纤区14自由端从导管17中穿出。

所述导管17连通恒压舱16内部和外部大气环境，使恒压舱16内的气压与外部大气压保持一致。

具体的，所述恒压舱16的长、宽、高分别为1～30cm、1～30cm、1～30cm；所述导纤孔15形状为椭圆形，导纤孔15长轴为1～5cm、短轴为0.5～4cm；所述导管17内外直径分别为0.3～100mm和1～200mm。

所述第一光纤Bragg光栅9的第一尾纤区10在检测舱中的布置方式为：所述第一光纤Bragg光栅9的尾纤首先从预留变形口19中穿出，然后穿过恒压舱16上的导纤孔15，然后再从导管17中穿出，并与光纤光栅解调仪连接。

所述第二光纤Bragg光栅12的第二尾纤区14在检测舱中的布置方式为：所述第二光纤Bragg光栅12的尾纤首先穿过恒压舱16上的导纤孔15，然后再从导管17中穿出，并与光纤光栅解调仪连接。

所述光纤光栅解调仪用于获取第一光纤Bragg光栅9和第二光纤Bragg光栅12谐振中心波长随着液位液压及温度变化的信息。

所述第一光纤Bragg光栅9的第一尾纤区10的自由端和第二光纤Bragg光栅12的第二尾纤区14的自由端从通过粘接剂7固定在导管17内壁。所述粘接剂7为UV无影胶或环氧树脂AB胶。

所述隔膜6、固定板13以及恒压舱16之间固定连接，形成具有相对独立空间的检测舱，防止待测液体样品进入检测舱内，检测舱通过导管17与外界空气环境相连，确保检测舱与外界空气环境的气压一致，从而保证隔膜6发生变形时不受气压的影响。

具体实施时，所述样品舱1以及检测舱上开设有多个螺丝孔4，样品舱1以及检测舱之间通过螺丝18固定连接，所述螺丝孔4的数量为4～8枚，直径为2～10mm。作为优选，将样品舱1与隔膜6之间、检测舱内隔膜6与固定板13之间、固定板13与恒压舱16之间涂覆一层密封硅脂，增强传感器的空间独立程度，同时也能够防止样品漏出从而提高测量准确度。

作为优选，传感器自身的材料采用耐酸碱腐蚀和耐高温膨胀材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯、铁氟龙、聚四氟乙烯板材等。

本发明的工作原理是：将恒温液体样品(控温精度为±0.5℃)注入样品舱1内部，引起传感器隔膜6发生形变，从而引起第一光纤Bragg光栅9产生应变，导致中心波长发生漂移；液位越高，隔膜6两侧形成压力差越大，导致隔膜6发生形变越严重，引起第一光纤Bragg光栅9中心波长漂移量越大。在恒定温度下，通过检测第一光纤Bragg光栅9中心波长漂移量即可实现对液位高度的测量。此外液位高度和压力具有一一对应关系，根据此对应关系，传感器可实现对液位及液压二元参数的同时测量。因为第二光纤Bragg光栅12固定在不易发生形变的固定板13上，只响应液相温度变化信息；将第二光纤Bragg光栅12和第一光纤Bragg光栅9耦合，可消除温度对第一光纤Bragg光栅9测量结果产生的影响。

综上，本发明还解决了现有压力隔膜型光纤光栅液位传感器不能同时测量液位、液压及温度测量的技术问题，本发明公开的光纤隔膜传感器可实现对液位液压及温度三参数的同时测量，且具有较高的测量准确度。

本发明还公开了一种液体样品参数的测量方法，利用如上所述一种光纤隔膜传感器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立光纤隔膜传感器灵敏度系数与待测液体样品参数之间的数学模型；

步骤2、将样品舱置于待测液体样品中；

步骤3、获取第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅的Bragg波长变化值；

步骤4、代入步骤1中的数学模型中，得到待测液体样品参数值。

步骤1中，光纤隔膜传感器灵敏度系数与待测液体样品参数之间的数学模型的建立过程如下所示：

首先，光纤Bragg光栅的Bragg中心波长(λ

λ

式(1)中，λ

由于光纤光弹效应(是指介质中应力波的存在可改变介质的介电常数或光折射率，因而影响光在介质中的传播特性的现象)，应变可以使λ

同时由于光纤热光效应(thermo-optic effect，是指通过将液晶加热或冷却使其分子排列发生改变，从而造成液晶的光学性质随温度的改变而改变的现象，它对折射率的改变效果和等离子体色散效应相反，温度越高，折射率会增大)和热膨胀，温度会引起λ

综上，第一光纤Bragg光栅对应变和温度共同敏感；

Bragg中心波长的漂移量(Δλ

Δλ

式(2)中，λ

由式(2)可以得出，在相同温度和应力下，Δλ

在本发明公布的光纤隔膜传感器中，外界环境中的液体样品由检测舱入水口进入检测舱，引起隔膜发生形变，进而引起第一光纤Bragg光栅产生形变，导致Bragg中心波长发生漂移。外界环境液位越高，对隔膜产生的压力越大，导致隔膜产生形变越大，引起第一光纤Bragg光栅中心波长漂移量越大。

但是，隔膜自身温度的发生变化也将引起第一光纤Bragg光栅中心波长发生漂移，导致第一光纤Bragg光栅受到多参数交叉影响，与此同时，第二光纤Bragg光栅由于安装在不容易发生形变的固定板上，只响应温度的变化信息。

因此，为了实现光纤隔膜传感器对液位-液压-温度的准确测量，采用温度补偿单元第二光纤Bragg光栅，来对第一光纤Bragg光栅温度干扰信号进行补偿。

首先，假设液位灵敏度系数(K

K

式(3)中，本发明中ε

假设温度灵敏度系数(K

K

式(4)中，α指代光纤材料的热膨胀系数，ζ指代热光系数，△T指代温度变化量。

则不同液位下，第一光纤Bragg光栅的绝对Bragg波长(λ

λ

式(5)中，λ

再有，液位高度与静水压力(P)间具有如下函数关系：

P＝ρgh (6)

式(6)中，P指代静水压力，ρ指代液体密度，g指代重力加速度，h指代液位高度。

则不同的静水压力下，第一光纤Bragg光栅的绝对Bragg中心波长(λ

λ

式(7)中，λ

另外，对于第二光纤Bragg光栅，由于不受液位和液压变化的影响，其绝对Bragg波长(λ

λ

式(8)中，λ

由式(5)、(7)和(8)，可得如下矩阵：

式(9)中，λ

通过实验可先确定传感器灵敏度系数K

式(10)中，△L指代液位变化量，△T指代温度变化量，△P指代静水压力变化量，K

式(10)表明，将第二光纤Bragg光栅和第一光纤Bragg光栅耦合，可消除隔膜温度的变化对第一光纤Bragg光栅测量结果产生的影响，本发明公布的光纤隔膜传感器可实现对液位液压及温度三参数的准确测量。

采用本发明所公开的一种光纤隔膜传感器及液体样品参数的测量方法具有如下技术效果：本发明公开的光纤隔膜传感器能够同时测量液位、液压和温度，且具有较大量程，能够满足工程实际需求；本发明采用两个光纤Bragg光栅分别固定在隔膜和固定板上，第二光纤Bragg光栅和第一光纤Bragg光栅的监测数据相耦合，可消除隔膜温度的变化对第一光纤Bragg光栅测量结果产生的影响，进而实现对液位液压及温度三参数的准确测量；本发明还公开了光纤隔膜传感器同时检测液位-液压-温度的理论模型，为光纤隔膜传感器提供了良好的理论基础。

实施例

本实施例采用上述一种光纤隔膜传感器，对其响应特性进行分析验证。

在本实施例中，传感器外壳采用聚甲基丙烯酸甲酯板材构成，检测舱的长、宽、高分别为4cm、1.5cm、4cm，入水口和出水口的直径为3mm，检测口为椭圆形，其长轴为20mm、短轴为15mm。隔膜采用天然橡胶材质，隔膜厚度为500μm，第一安装槽的宽度为300μm，深度为300μm。固定板采用聚甲基丙烯酸甲酯材质，厚度为5mm，预留变形口为椭圆形，长轴为20mm、短轴为15mm，第二安装槽的宽度为150μm，深度为150μm。恒压舱的外形尺寸为：长、宽、高分别为4cm、1.5cm、4cm，导纤孔为椭圆形，其长轴为20mm、短轴为15mm，恒压舱上的导管选用内外直径分别为0.5mm和2mm的耐腐硅胶管，导管长度为3m。

本实施例中，第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅的反射中心波长为1550nm、长度为5mm、尾纤长4m。

将距离第一光纤Bragg光栅光栅区上下各1cm、长约5mm处尾纤涂覆层去除，采用UV无影胶将去除涂覆层的尾纤区25固定在第一安装槽中，用于感知由于液位变化引起隔膜发生形变产生的液位液压和液相温度变化信息。

将距离第二光纤Bragg光栅光栅区上下各1cm、长约5mm处尾纤涂覆层被去除，采用UV无影胶将去除涂覆层的尾纤区25固定在第二安装槽中，用于感知温度变化信息。

将第一光纤Bragg光栅的尾纤和第二光纤Bragg光栅的尾纤从导管中穿出，使所述第一光纤Bragg光栅的尾纤自由端和第二光纤Bragg光栅的尾纤自由端从导管中穿出至传感器外，与光纤光栅解调仪相连，用于获取第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅谐振中心波长随着液位液压及温度变化的信息。

(一)传感器对温度响应特性。

为了研究传感器对温度的响应特性，将传感器放置于恒温水浴锅内，水浴锅温度范围设置在25-70℃，温度增长步长为5℃。在每一个步长下，待光纤Bragg光栅反射中心波长变化稳定后，使用光纤光栅解调仪连续记录3min稳定的中心波长数据，取这组数据的平均值作为该温度对应的反射波长值，得到实验结果如图8所示。

图8显示：光纤Bragg光栅反射中心波长在温度上升的过程中出现红移，第一光纤Bragg光栅和第二光纤Bragg光栅的灵敏度分别为10.07pm/℃和11.20pm/℃，线性度分别为0.9998和0.9997，最大相对误差为0.25％；表明传感器可实现对温度的准确测量，且可使用第二光纤Bragg光栅对第一光纤Bragg光栅进行温度补偿，实现传感器对液位及液压进行准确测量。

(二)传感器动态液位及液压响应特性

在液位上升速率为60cm/min和液位下降速率为40cm/min、温度20-60℃范围内，第一光纤Bragg光栅谐振中心波长与液位高度和液压变化间的关系，如图9(a-b)所示。通过第二光纤Bragg光栅对第一光纤Bragg光栅温度信息进行补偿，得到补偿后不同温度下第一光纤Bragg光栅对液位及液压的响应特性，如图9(c-d)所示。

图9(a-b)显示第一光纤Bragg光栅温度补偿前液位及压力响应特性：在20-30℃温度、0-22KPa液压范围，第一光纤Bragg光栅线性灵敏度达到0.985且液位及液压灵敏度分别为34.55pm/cm、354pm/KPa，可满足常温环境液位及液压实际测量需求。然而在30-60℃范围内，随着温度的升高，第一光纤Bragg光栅对液位和液压的线性灵敏度降低，且在220cm液位处，最大测量误差达到34％；其原因在于高温导致隔膜发生热膨胀，导致隔膜对液位应变产生的弹性变形减小，进而引起传感器灵敏度随着温度的升高降低，在0-220cm液位、0-22KPa液压范围，难以实现对液位和液压的准确测量。

图9(c-d)显示第一光纤Bragg光栅温度补偿后液位及压力响应特性：在20-60℃温度范围内，采用第二光纤Bragg光栅测量的温度结果对第一光纤Bragg光栅进行温度补偿后，传感器输出信号的平均线性度达到R

因此，本实施例中，所述的光纤隔膜传感器可同时实现对液位、液压及温度三参数的准确测量。

将本实施例中得出的液位灵敏度系数K

式(11)中，△L指代液位变化量，△T指代温度变化量，△P指代静水压力变化量，△λ

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。