[发明专利]一种单活塞阻尼式光纤差压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

差压传感器广泛应用于工业中，主要用于测量设备、部件或流体在不同位置的压力差，其广泛应用于尾气压差、气体流量、液位高低、洁净间监测等检测领域。现今，已出现采用不同原理的差压传感器，例如电阻式、电容式、电感式、节流器式、磁性液体式、MEMS式等，其中电阻式、电容式较为常见，其余类型由于实用性不强、局限性较大或仍处于概念期，并未得到推广，但电阻式、电容式差压传感器也存在自身的缺点，在很多场合不能很好的胜任。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种单活塞阻尼式光纤差压传感器，以解决现有差压传感器在很多场合并不适用，实用性不强，测量精度不够，无法满足实际压差测量要求的问题。

本发明的方案如下：一种单活塞阻尼式光纤差压传感器，包括探头结构、光敏元件和信号处理模块，所述探头结构包括包括壳体，壳体为筒形结构，壳体内滑动设置有活塞，活塞的两端分别设置有一个弹簧，两个弹簧的一端均固定于活塞上，壳体的两端分别密封固定有端盖，两个弹簧的另一端分别固定于所对应的端盖上，两个端盖上的相对位置上分别开设有一个贯通所在端盖的探头插孔，两个探头插孔内分别密封设置有透光片，两个探头插孔内位于透光片的外侧分别设置有指向活塞的光纤探头，光纤探头均与活塞的端面相垂直，活塞两端与光纤探头相对的位置处分别固定有反光片，壳体两端的侧壁上或两个端盖上分别开设有一个与壳体内腔连通的流体通孔，两个光纤探头中接收光纤的出射端分别与一个光敏元件相连，每个光敏元件对应连接有一个信号处理模块。

优选地，光纤探头中的光纤束包括入射光纤和出射光纤，入射光纤与接收光纤在光纤探头内相互平行设置，入射光纤共一根，接收光纤是单根尺寸参数为50±3的多模光纤，接收光纤以入射光纤为中心依次紧密排布组成一圆形的光纤束结构，且入射光纤与接收光纤之间的边界距离为130-140；

优选地，两个弹簧的结构及规格均相同，在流体通孔均与外部大气相连通的状态下，活塞位于壳体的正中央位置，两个弹簧均处于自然状态，即弹簧无拉伸与压缩形变；

优选地，两个探头插孔均开设在所在端盖的正中心位置，两个探头插孔、活塞三者同轴，自然状态下，其中一个光纤探头到该光纤探头所对应的反光片的距离与另一个光纤探头到另一个反光片的距离相同；

优选地，透光片为玻璃片，透光片均设置于探头插孔位于端盖内侧的端口处；

优选地，探头插孔内设置有内螺纹，光纤探头分别旋紧固定于探头插孔内；

优选地，端盖的中部设置有伸入壳体内的凸起部，凸起部与壳体内壁之间设置有密封圈，凸起部上沿壳体的长度方向开设有弹簧定位槽，弹簧定位槽为环形槽，且弹簧定位槽的内径小于等于弹簧内径，弹簧定位槽外径大于等于弹簧的外径，弹簧的一端伸在并固定于弹簧定位槽内；

优选地，凸起部是与壳体内径相匹配的圆柱形结构；

优选地，两个流体通孔分别开设于壳体两端的侧壁上，每个流体通孔与位于该端的端盖上的凸起部相对应，凸起部上对应流体通孔的位置处开设有与弹簧定位槽相连通的通孔，流体依次通过流体通孔和通孔流入到壳体内部的腔室内；

优选地，活塞与壳体的内壁之间设置有密封圈，端盖与壳体的内壁之间也设置有密封圈；

优选地，活塞的材质为硬质合金；

传感器的工作原理为：入射光纤另一端与光源对接，用以耦合入射光，接收光纤出射端与光敏元件连接，输出光强度信号，通过两个流体通孔分别通入两种待测流体，当左右两侧检测腔内的流体压力相等时，活塞处于中部平衡位置，活塞上的轴向合力为零，活塞不产生轴向位移；当活塞左右两侧检测腔内的流体存在压力差时，活塞失去平衡，向压力较低的一侧滑动，从而压缩该侧阻尼弹簧，另一侧阻尼弹簧被拉伸，活塞运动到一个新的轴向合力为零的平衡位置。活塞处于中部平衡位置时，传感器两侧相同结构的光纤束与活塞端面反光片之距离相等，从而两光纤束接收光纤的输出光信号强度相等，光敏元件把光信号转化为电信号，该信号经过信号处理模块放大、整流、滤波等处理环节，并配合相应的算法计算，可以得出两检测位置的流体压力差，经光电转换及信号处理计算后输出值为1；活塞向低压一侧滑动后，低压侧光纤束与活塞端面反光片距离减小，接收光纤的输出光信号强度减弱，而高压侧光纤束与活塞端面反光片距离增大，接收光纤的输出光信号强度增强，经光电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化，从而提高了检测灵敏度。通过最终输出值大小的变化，即可判断出传感器两检测腔内流体之间的压力差大小，实现对不同位置压力差的检测。