本申請(qǐng)涉及光纖光柵傳感器，特別涉及一種用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、一直以來(lái)，核電技術(shù)對(duì)于保障國(guó)家的能源安全具有重要意義，核電作為一種穩(wěn)定可靠的能源來(lái)源，能夠?yàn)閲?guó)家提供長(zhǎng)期、持續(xù)的電力供應(yīng)，核電本身作為優(yōu)質(zhì)清潔的能源，對(duì)于改善國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)供應(yīng)結(jié)構(gòu)，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化具有重要的戰(zhàn)略意義。
2、在核電反應(yīng)堆控制技術(shù)中，通常需要在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中加入硼酸來(lái)控制調(diào)節(jié)反應(yīng)堆中的中子數(shù)量，進(jìn)而控制核裂變的反應(yīng)速度，確保核電站的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，為了避免含有硼元素的廢水對(duì)環(huán)境造成污染，需要將其安置在儲(chǔ)坑中進(jìn)行臨時(shí)存放和分離沉淀，因此對(duì)儲(chǔ)坑中硼廢水的液位變化進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的。
3、但是傳統(tǒng)的液位監(jiān)測(cè)方法，在面對(duì)高輻照環(huán)境等極端工況下存在一些弊端。比如，在實(shí)際輻照環(huán)境中，傳統(tǒng)液位傳感器易受輻射損傷而使得傳感精度受到較大影響，進(jìn)而影響液位監(jiān)測(cè)的性能；再比如，常規(guī)的光纖光柵傳感器在輻照環(huán)境下，由于熱輻效應(yīng)易出現(xiàn)光柵結(jié)構(gòu)受損等問(wèn)題，影響監(jiān)測(cè)精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器、系統(tǒng)及方法，以解決相關(guān)技術(shù)中液位傳感器易受輻射損傷而影響監(jiān)測(cè)精度的問(wèn)題。
2、第一方面，提供了一種用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，其包括：
3、外殼，其上開(kāi)設(shè)有引壓孔；
4、感壓膜片，其安裝于所述外殼內(nèi)，并將所述外殼的內(nèi)部空間分隔成第一腔室和第二腔室，且所述第一腔室與所述引壓孔連通；
5、光纖組件，其包括光纖以及刻寫(xiě)在所述光纖上的壓力測(cè)量光柵和溫度補(bǔ)償光柵，所述溫度補(bǔ)償光柵位于所述第二腔室內(nèi)，所述壓力測(cè)量光柵粘接在所述感壓膜片上，所述光纖的一端自所述外殼穿出所述外殼；所述光纖的纖芯采用純硅纖芯，且所述光纖外表面設(shè)置有抗輻照護(hù)套。
6、一些實(shí)施例中，所述抗輻照護(hù)套采用聚酰亞胺；
7、和/或，所述光纖末端連接有光纖接頭；
8、和/或，所述壓力測(cè)量光柵粘接在所述感壓膜片的中部；
9、和/或，所述溫度補(bǔ)償光柵位于所述感壓膜片的邊緣。
10、一些實(shí)施例中，所述壓力測(cè)量光柵和溫度補(bǔ)償光柵刻寫(xiě)在同一根所述光纖上；
11、或者，所述壓力測(cè)量光柵和溫度補(bǔ)償光柵分別刻寫(xiě)在兩根所述光纖上。
12、一些實(shí)施例中，所述壓力測(cè)量光柵位于所述第一腔室或者第二腔室內(nèi)；
13、和/或，所述外殼上設(shè)置有引液柱，所述引液柱內(nèi)的引液通道與所述引壓孔連通；
14、和/或，所述外殼包括依次設(shè)置的第一殼體、壓環(huán)和第二殼體，所述第一殼體、壓環(huán)和第二殼體通過(guò)螺栓緊固，且所述感壓膜片的邊緣位于所述第一殼體和壓環(huán)之間。
15、第二方面，提供了一種液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
16、安裝支架，其內(nèi)具有安裝空間；
17、如上任一所述的用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，所述光纖液位傳感器有若干個(gè)，且沿著所述安裝支架的長(zhǎng)度方向間隔地固定于所述安裝支架的安裝空間內(nèi)，且所述引壓孔伸出所述安裝空間；
18、耦合器，其與各所述光纖液位傳感器的光纖相連；
19、光環(huán)形器，其與所述耦合器相連，所述光環(huán)形器還連接有光源；
20、衍射光柵，其連接于所述光環(huán)形器；
21、光電探測(cè)器，其連接于所述衍射光柵；
22、上位機(jī)，其連接于所述光電探測(cè)器。
23、第三方面，提供了一種如上所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其包括：
24、將安裝支架豎直放置于儲(chǔ)坑內(nèi)，自下而上，對(duì)各個(gè)所述光纖液位傳感器依次排序，且確定各個(gè)所述光纖液位傳感器在所述儲(chǔ)坑內(nèi)的高度；
25、利用上位機(jī)，接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算所述儲(chǔ)坑內(nèi)的液位高度y；
26、
27、其中，n為安裝支架上的光纖液位傳感器的總數(shù)；j為所有的光纖液位傳感器中，發(fā)送有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的光纖液位傳感器的數(shù)量；hi，儲(chǔ)坑為第i個(gè)纖液位傳感器在所述儲(chǔ)坑內(nèi)的高度，hi，監(jiān)測(cè)為基于第i個(gè)纖液位傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的液位高度。
28、一些實(shí)施例中，其還包括：
29、對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行溫度靈敏度標(biāo)定；
30、對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行壓力靈敏度標(biāo)定。
31、一些實(shí)施例中，對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行壓力靈敏度標(biāo)定，具體包括：
32、在恒定溫度環(huán)境下，對(duì)所述光纖液位傳感器施加不同的壓力，并監(jiān)測(cè)在各個(gè)壓力下，所述壓力測(cè)量光柵對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)并計(jì)算波長(zhǎng)漂移量；
33、基于各個(gè)壓力和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)漂移量，得到壓力值關(guān)于所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系。
34、一些實(shí)施例中，對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行溫度靈敏度標(biāo)定，具體包括：
35、將所述光纖液位傳感器加熱到不同的溫度測(cè)量點(diǎn)，在每個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)恒溫一段時(shí)間，并監(jiān)測(cè)在各個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)下，所述溫度補(bǔ)償光柵對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)并計(jì)算波長(zhǎng)漂移量，以及所述壓力測(cè)量光柵對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)并計(jì)算波長(zhǎng)漂移量；
36、基于各個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述溫度補(bǔ)償光柵的波長(zhǎng)漂移量，得到溫度值關(guān)于所述溫度補(bǔ)償光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系；
37、基于各個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的所述溫度補(bǔ)償光柵與壓力測(cè)量光柵之間的波長(zhǎng)漂移量差值，得到溫度值關(guān)于所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系。
38、一些實(shí)施例中，計(jì)算液位高度hi，監(jiān)測(cè)，包括如下步驟：
39、采集第i個(gè)纖液位傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以獲得溫度補(bǔ)償光柵的波長(zhǎng)漂移量以及所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量；
40、基于獲得的溫度補(bǔ)償光柵的波長(zhǎng)漂移量，以及溫度值關(guān)于所述溫度補(bǔ)償光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前溫度值；
41、基于所述當(dāng)前溫度值，以及溫度值關(guān)于所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系，計(jì)算出所述壓力測(cè)量光柵由溫度引起的波長(zhǎng)漂移量；
42、利用所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量減掉所述壓力測(cè)量光柵由溫度引起的波長(zhǎng)漂移量，得到所述壓力測(cè)量光柵由液位引起的波長(zhǎng)漂移量；
43、基于所述壓力測(cè)量光柵由液位引起的波長(zhǎng)漂移量，以及壓力值關(guān)于所述壓力測(cè)量光柵的波長(zhǎng)漂移量的映射關(guān)系，得到當(dāng)前壓力值；
44、基于當(dāng)前壓力值，以及液位高度關(guān)于壓力值的映射關(guān)系，得到液位高度hi，監(jiān)測(cè)。
45、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來(lái)的有益效果包括：
46、本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓饫w液位傳感器，其光柵采用飛秒激光刻寫(xiě)極端穩(wěn)定的不可擦除的飛秒光柵fsfbg，并采用純硅纖芯與抗輻照護(hù)套，可以降低輻照對(duì)液位測(cè)量的影響，從而提高監(jiān)測(cè)精度。
47、本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓饫w液位傳感器，采用雙光柵設(shè)計(jì)方案，通過(guò)將一個(gè)光柵粘結(jié)在感壓膜片上作為液位高度測(cè)量光柵，一個(gè)放置在感壓膜片上作為溫度補(bǔ)償光柵，分離溫度與液位引起的波長(zhǎng)變化，有效消除溫度對(duì)測(cè)量的干擾，從而可以提高液位測(cè)量的準(zhǔn)確度。
1.一種用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，其特征在于，其包括：
2.如權(quán)利要求1所述的用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，其特征在于：
3.如權(quán)利要求1所述的用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，其特征在于：
4.如權(quán)利要求1所述的用于輻照環(huán)境下的光纖液位傳感器，其特征在于：
5.一種液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，其包括：
6.一種如權(quán)利要求5所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，其包括：
7.如權(quán)利要求6所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，其還包括：
8.如權(quán)利要求7所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行壓力靈敏度標(biāo)定，具體包括：
9.如權(quán)利要求7所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述光纖液位傳感器進(jìn)行溫度靈敏度標(biāo)定，具體包括：
10.如權(quán)利要求9所述的液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：