光纤传感器与激光测距的物位传感器设计

激光测距传感器通过光纤传导发射与接收的激光，此时进行检测得到的检测结果L1可以认为是激光通过光纤，从激光发射端到测量探头所走过的光程d与从测量探头到被测物质表面的距离h之和。这里可以通过实验确定光程d并提前测得未进行装药之前的空罐高度D，从而得出所求物位H=D-(L1-d)。
在未开始固体推进剂灌装之前采用传感器进行检测可以得到L2。此时，L2即激光通过光纤从激光发射端到探头间的光程d与未装药前的空罐高度D之和。此时得出所求物位H=L2-L1。因此在进行装药物位检测时将传感器空罐时的检测值L2储存在系统控制单元中，便可通过数据处理由检测值得出物位。

4 系统安全分析
系统可以通过光纤使激光测距系统远离测试现场，实现测试不带电，从而避免出现短路、漏电等危险情况的情况。系统采用激光作为测量的载体，激光本身具有一定的能量，但市场上的相位式激光测距仪大都采用650 nm左右可见红光，光功率均小于0．95 mW，符合对人眼安全的要求。已有实验证明这类激光测距仪安全可靠，不会产生任何热效应。

5 实验设计与分析
我们对系统进行了原理性实验，由于实验条件的限制仅对激光接收回路进行了实验。激光测距仪采用徕卡公司的A2型激光测距仪，激光发射功率小于0．95 mW。其主要参数为量程0．06～60 m、测量精度1．5 mm、测量精度±1．5 mm、激光波长635 nm。
实验平台如图3所示。采用多模石英光纤，工作波长为620～700 nm，光纤长度为0．8 m，芯径为200μm，激光准直与接收采直径为13 mm单透镜。实验时在激光测距仪与被测目标间放置了钢板，完全阻断了反射激光从原光路进入测距仪。经过对光路部分的精密调校，最终激光测距仪可以正常工作并稳定地测出数据。

实验首先对系统量程进行了测定，经过反复测定得出量程为200～3 512 mm(被测目标为浅灰色塑料)，当被测目标与接收透镜小于200 mm时还可以测出数据，但此时测量速度将明显变慢。通过实验使被测目标在量程范围内进行小范围位移，对测试测量精度进行了测定，实验数据如表2所列。

由实验数据可得系统平均误差为1．08 mm，测量精度达到了激光测距仪本身标称的精度，表明测量精度未受光学系统影响。同时，测距仪的量程大幅度减小，这是由于激光测距仪接收到的光功率减小造成的，衰减主要产生于透镜与光纤的耦合处，这种衰减可以通过增大透镜的面积和在透镜与光纤间填充特殊液体等方式减小。

6 结论
本文基于光纤传感器与激光测距的物位传感器设计，通过搭建实验平台进行了测试，证明激光测距仪的激光接收回路经改造后依然能够实现精确、稳定的测量。这种传感器可通过光纤使电学系统远离测量现场，从而达到安全要求，在石油、化丁等高危作业环境下的料位、液位等的测量应用中具有良好的前景。