光纤是一种新型的传感材料,它具有调制方法多样、测量范围广泛等等优点。本文通过对光纤传感技术、光纤光栅传感技术和液位测量技术的发展所做的简要回顾,以及对各种液位测量方法的比较,得到压力敏感式的光纤液位传感器是一种更具有应用潜力的的液位测量方法。 本文从理论和实验上分别对压力式光纤微弯液位传感系统和压力式光纤光栅液位传感系统进行了研究,主要工作如下: (1) 基于光纤的模式耦合理论,通过传导模和辐射模之间模式耦合的耦合波方程微扰解得到了光纤周期畸变情况下的微弯损耗系数;通过传导模之间模式耦合的耦合波方程微扰解得到了光纤折射率分布周期畸变情况下的光纤光栅反射谱布喇格条件。由于光纤微弯传感和光纤光栅传感这两种方法在原理及压力测量方式上的相似性,对光纤微弯液位传感系统和光纤光栅液位传感系统这两种压力式光纤液位传感系统进行了分析和设计。 (2) 基于光纤微弯损耗的传感原理,我们对多模光纤的微弯损耗特性进行了实验研究。并以此为依据,设计了一套压力式光纤微弯液位传感系统。具体内容包括对重要机械部件微弯周期调制齿板和传压弹性膜片的分析和设计,以及探头整体结构和信号解调电路。根据弹性力学的理论,对边缘固定约束的平膜片进行了理论推导,并利用推导的结论给出了膜片的相关参数,再利用有限元方法和ANSYS软件模拟了膜片受均匀压力载荷时的位移,应力分布。在论文中,对光纤微弯液位传感器系统的发射和光电检测电路进行了分析和设计。内容包括光电发射、探测器件的选取,采用LM317的集成稳压电路、ICL7650作为前置放大器的放大电路、以及巴特沃斯四阶有源低通滤波器的滤波电路的设计。 (3) 基于光纤光栅传感理论的分析,我们对光纤光栅的应力和温度传感特性进行了实验研究。并以此为依据,提出了压力式光纤光栅液位传感器的传感方法,并对光纤布喇格光栅液位传感系统的体系结构进行了设计,引入参考光纤光栅来克服光纤光栅的交叉敏感性。在论文中,还对不同的波长解调系统进行了论述,包括基于光纤波分耦合器的边缘滤波法、可调法布里-珀罗腔滤波法和非平衡马赫-曾德干涉仪法。