[发明专利]使用嵌入套筒的基于纤维的悬臂的感测设备

说明书

本发明涉及用于使用嵌入套筒的基于纤维的悬臂来测量流体介质的物理性质的感测设备。更特别地，提出了一种套筒（100），包括：至少一个流体通道（103）、至少一个光通道（102）、位于流体通道（103）和光通道（102）的交叉处的至少一个腔（104）；放置在光通道（102）中的至少一个光导（101）；其中该光导（101）至少部分包含在相应腔（104）中，其中该光导（101）具有可动区段（106）；以及其中该可动区段（106）的振动是可外部致动的。

技术领域

本发明涉及用于使用嵌入套筒的基于纤维的悬臂来测量流体介质的物理性质的感测设备。

背景技术

流体介质的物理性质对于科学和技术目的来说是有用的。医疗诊断是一个好的示例：血浆粘度可以被用于多种疾病（诸如心血管障碍、类风湿性关节炎、某些自身免疫性疾病）的诊断。此外，在石油工业中，关于流体的化学成分、相图、密度和粘度的信息对于决定在哪些区域挖一口特别的井和在那些区域中安装正确的基础设施是合算的是关键的。

存在用于感测流体介质的物理性质的若干种方法，它们中的一种是基于MEMS(微电子机械系统)的设备。MEMS悬臂由电镀镍制成并且使用电磁体通过磁场远程致动。悬臂被放置在液体中，振动的动力学(相位和振幅)受液体的粘度和悬臂上的质量累积的影响。通过测量振动相位和/或振幅，人们可以检测液体粘度和可能存在于液体中的微量化学品和物质。然而，MEMS悬臂需要光在流体介质中行进以到达悬臂表面并且这将在信号传输期间生成噪声。此外，MEMS悬臂的光学读出通常需要主动对准。

因此，需要一种更好的感测方法来克服本领域中的问题。

发明内容

要由本发明解决的技术问题是公开一种用于使用嵌入套筒的基于纤维的悬臂来测量流体介质的物理性质的感测设备。在感测设备的感测操作期间，光被承载在光纤内部。因此，信号的信噪比被增大；针对光学读出的对准可能更简单，并且无需主动对准，以便利用简单的感测方法实现精确的感测效果。

本发明公开一种套筒，包括至少一个流体通道；至少一个光通道；位于流体通道和光通道的交叉处的腔；以及至少一个光导，它们中的每一个都至少部分包含在相应腔中。

本发明进一步公开一种用于流体介质的感测设备，包括：光源；检测器、用于生成随时间变化的磁场的电磁体；用于响应于流体介质的物理性质来处理检测器的输出并且创建感测信号的控制电子器件；以及可移除耦合在感测设备中的套筒。

附图说明

图1是套筒的顶视图。

图2是套筒的横截面视图（来自于图1的A-A’线）。

图3示出与光源（LD）和光检测器（PD）耦合的套筒的示意性横截面。

图4示出放置在套筒中并且直接耦合至光导和光接收器单元的PD和LD单元。

图5示意性地示出仅PD被集成在套筒内部。

图6示意性地示出仅LD被集成在套筒内部。

图7示意性地示出光热致动。

图8示意性地示出具有垂直偏移的光接收器的光轴。

图9是示出垂直偏移和从光导耦合至光接收器单元的光功率之间的关系的图表。

图10示意性地示出具体角度裂开的纤维替换光导。

图11示出仅使用耦合至腔中的成角度的反射器的一个具体角度裂开的多模纤维的感测设备的示意性横截面。

图12示出可以通过使用具有嵌入的背面光电二极管的激光二极管来替换在图3中示出的LD和PD。

图13示意性示出由光学掩模和光检测器组成的光接收器单元。