光纤光栅液位测量技术：工业液位精准感知者
一、概述
在石油化工、深井监测等场景中，传统液位传感器易受电磁干扰、腐蚀影响，且深液位测量精度不足。光纤布拉格光栅（FBG）技术凭借抗腐蚀、抗干扰、分布式监测的优势，成为液位测量的理想解决方案。武汉市瑞利光测科技有限公司的FGI系列多通道光纤光栅解调系统，通过高精度波长解调与智能组网技术，实现了从厘米级到百米级液位的实时精准监测。
二、测量原理
FBG液位测量的核心是将液位高度转化为光纤波长偏移：
力学传递：液位高度变化产生液压，作用于传感器感应膜或浮筒结构；
应变转换：机械形变传递至FBG，使其光栅周期改变，反射中心波长偏移；
波长解调：瑞利光测FGI系统通过多通道高速解调（±0.1 pm分辨率），将波长偏移量反演为液位值。
三、传感器分类与技术特点
根据传感结构设计，主流FBG液位传感器可分为三类：
传感器类型 | 量程 | 精度 | 适用场景 | 技术突破 |
差压式液位探头 | 0.35~2 MPa | 0.5% F.S. | 化工储罐、深井 | 气囊动态调压，量程自适应 |
连通管式沉降计 | 100~500 mm | 0.1 mm | 高铁隧道、大坝沉降监测 | 液压传递，温度自补偿 |
浮筒-悬臂梁结构 | 0~10 m | 1% F.S. | 油罐、水库 | 浮力-应变线性转换 |
1.差压式液位探头
在金属套管表面加工薄壁感应膜（厚0.2–0.3 mm），内部通过气囊预压FBG。液位压力使感应膜形变，带动FBG拉伸。FGI系统支持级联光栅（≥2个），通过数据融合将温漂误差控制在±0.005%，量程动态可调。
来源《准确检测液位的光纤Ｂｒａｇｇ光栅弹性膜片传感器》
2.连通管式沉降监测系统
由多个FBG液位计通过密闭管路连接，储液罐补偿温度膨胀。垂直位移引起管内液压变化，FGI系统以多通道同步解调，定位沉降点位置误差±0.5 mm，适用于地铁隧道长期监测。
3.浮筒-悬臂梁复合传感器
浮筒随液位升降，通过杠杆牵引悬臂梁弯曲。FBG粘贴于梁根部，波长偏移量与液位高度线性相关。瑞利光测采用金属化封装FBG，耐受酸碱腐蚀，寿命达8年以上。
来源《光纤光栅液位传感器设计及其灵敏度分析》
四、总结与展望
FBG液位测量技术已从单一物理量监测发展为多参量融合感知系统。瑞利光测的FGI系列凭借多通道、高采样率及边缘计算能力，在深井、化工等场景实现液位-温度-沉降协同监测。未来发展方向包括：
飞秒激光微型化封装：提升传感器密度，实现毫米级空间分辨率；
数字孪生预测：结合历史数据预警泄漏风险（如液位突变＞5 cm/min）；
水下机器人集成：搭载FGI解调模块，实现深海油井无人化巡检。
瑞利光测FGI系统正重新定义液位监测的边界——让每一米深度的变化，都转化为可掌控的安全信号。