專利名稱：基于漸變式濾光片的光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，特別是一種采用濾光片感應(yīng)物理量變化的光纖傳感設(shè)備。
背景技術(shù)：
因為光纖本身具有體積小，重量輕，成本低等特點，近些年光纖傳輸有了非常大的發(fā)展，而且光纖類器件相比于傳統(tǒng)的電子類器件又具有絕緣的特性，在有電磁干擾，高壓等環(huán)境內(nèi)使用時不會受到影響，而且光纖在高溫、高污染、可燃性氣體環(huán)境中也可安全使用。 所以光纖傳感類器件具有著巨大的市場空間。光纖傳感器，是以光纖為訊號載體，對環(huán)境溫度、濕度、氣體濃度等進行檢測的器件，具有著超長距離、低損耗傳輸?shù)奶攸c。目前，在國內(nèi)外的光纖傳感器大多是使用布拉格光柵(FBG)光纖傳感器。作為敏感區(qū)，應(yīng)用其溫濕度的變化造成反射波位移的原理測試溫濕度變化。但是FBG光纖傳感本身成本很高，而且對測量信號精度要求高，所配套的儀器成本更高，加上高難度的封裝工藝，所以很難在民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的光纖傳感器對測量信號精度要求高、制造成本高、封裝困難、應(yīng)用范圍小的問題，本發(fā)明提供了一種基于漸變式濾光片的光纖傳感器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特殊之處在于包括用于敏感物理量的轉(zhuǎn)動式敏感元件、將轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)光信號的光學(xué)模塊、向光學(xué)模塊提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元、將光發(fā)射接收單元接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；所述光學(xué)模塊包括與轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸同軸固連的圓形漸變式濾光片、分別設(shè)置在漸變式濾光片兩側(cè)相對位置的全反射鏡和準直器，所述準直器通過光纖與光發(fā)射接收單元相連。上述光學(xué)模塊還包括密封腔體，所述轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸穿過密封腔體的一端面，所述轉(zhuǎn)動式敏感元件設(shè)置在密封腔體外側(cè)，所述圓形漸變式濾光片、全反射鏡、準直器設(shè)置在密封腔體內(nèi)側(cè)，所述光纖穿過密封腔體的另一端面。上述光發(fā)射接收單元包括光源、隔離器、光耦合器、探測器、光源檢測器；所述光源的輸出端連接隔離器的輸入端；所述光耦合器的輸入端分別與隔離器的輸出端以及探測器的輸入端相連；所述光耦合器的輸出端分別與光源檢測器及準直器相連。上述轉(zhuǎn)動式敏感元件為基于盤狀游絲的敏感元件，所述盤狀游絲的外端部與軸套固定，其內(nèi)端部與芯軸固連。上述盤狀游絲外面設(shè)置有保護套；所述保護套固定在密封腔上。
上述盤狀游絲為單面涂有聚酰亞胺膜的彈性銅皮。上述聚酰亞胺膜的厚度是0. 1-0. 2mm。本發(fā)明所涉及的基于漸變式濾光片的光纖傳感器因不同的濕度下游絲的轉(zhuǎn)角不同，帶動濾光片轉(zhuǎn)角不同，使光經(jīng)濾光片后的光強不同，從而探測器測到光強不同，可以實時檢測，且具有著高精度，低成本，結(jié)構(gòu)簡單等特點，而且本發(fā)明涉及的傳感器封裝工藝簡單，操作方便，易保證批量化生產(chǎn)時高一致性，適于工業(yè)應(yīng)用，且具有高的可靠性，高重復(fù)性，安裝簡便等特點。


圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動式敏感元件和光學(xué)模塊的工作原理示意圖；圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動式敏感元件和光學(xué)模塊的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3為本發(fā)明的光發(fā)射接收單元的原理示意圖；圖中1-轉(zhuǎn)動式敏感元件，2-光學(xué)模塊，3-光發(fā)射接收單元，4-芯軸，5—漸變式濾光片，6—全反射鏡，7—準直器，8—光纖，9一腔體，10-盤狀游絲，11-中心孔，12-保護套，13-軸套，14-光源，15-隔離器，16-光耦合器，17-光源檢測器，18-探測器，19-固定座。
具體實施例方式本發(fā)明所涉及的基于漸變式濾光片的光纖傳感器包括用于敏感物理量的轉(zhuǎn)動式敏感元件1、將轉(zhuǎn)動式敏感元件1的轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)光信號的光學(xué)模塊2、向光學(xué)模塊 2提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元3、將光發(fā)射接收單元3接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元。參見圖1、圖2，光學(xué)模塊2包括與轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸4同軸固連的圓形漸變式濾光片5、分別設(shè)置在漸變式濾光片5兩側(cè)相對位置的全反射鏡6和準直器7，準直器7 通過光纖8與光發(fā)射接收單元3相連；當(dāng)光纖傳感器用于敏感濕度時，光學(xué)模塊2還應(yīng)該包括密封腔體9，轉(zhuǎn)動式敏感元件1的芯軸4穿過密封腔體9的一端面，轉(zhuǎn)動式敏感元件1設(shè)置在密封腔體9外側(cè)，圓形漸變式濾光片5、全反射鏡6、準直器7設(shè)置在密封腔體9內(nèi)側(cè)， 所述光纖8穿過密封腔體9的另一端面。轉(zhuǎn)動式敏感元件1為基于盤狀游絲10的敏感元件，盤狀游絲10的外端部與軸套 13固定，其內(nèi)端部與芯軸4固連，盤狀游絲10外面設(shè)置有保護套12 ；保護套12固定在密封腔上，當(dāng)盤狀游絲10為單面涂有聚酰亞胺膜的彈性銅皮時，光纖傳感器就成為光纖濕度傳感器。聚酰亞胺膜的厚度一般在0. 1-0. 2mm之間。腔體9內(nèi)可設(shè)置固定座19，固定座19是設(shè)置在腔體4前端位于盤狀游絲10和濾光片5之間且在中心處設(shè)有中心孔11，固定座19的與腔體9連接的一側(cè)延伸至腔體9內(nèi)并呈U形彎曲，固定座19與腔體9采用密封連接，這樣確保腔體9內(nèi)的元件不受外界影響，而在腔體9外的盤狀游絲10也能夠在被測環(huán)境中更好地工作。芯軸4是設(shè)置在腔體9內(nèi)與腔體9同軸，且芯軸4的一端通過固定座19的中心孔11延伸至腔體9外部；芯軸4延伸腔體9外的一端上同軸設(shè)置有盤狀游絲10，另一端上垂直設(shè)置有漸變式濾光片5 ；濾光片5的中心設(shè)置在芯軸4的軸心上，通過固定座19與盤狀游絲10隔離；這樣，使?jié)u變式濾光5片可以同盤狀游絲10—起轉(zhuǎn)動。在盤狀游絲10外面最好設(shè)置有保護套12，該保護套12同軸設(shè)置在固定座19的外端頭，起保護作用；其中盤狀游絲10的內(nèi)心端是與芯軸4連接，外圈端是與軸套13連接，當(dāng)盤狀游絲10自身轉(zhuǎn)動時，可以帶動著芯軸4 一起動，所以軸套13是固定游絲的，保護套12是起保護作用的。反射鏡6與濾光片5平行設(shè)置在固定座19的內(nèi)壁上；準直器7與反射鏡6同軸，設(shè)置在固定座19的U型壁上且與反射鏡6分居于濾光片 5的兩側(cè)，光訊號從準直器7輸出，再經(jīng)反射后從準直器7返回。不同的濕度，游絲的轉(zhuǎn)角不同，帶動濾光片5轉(zhuǎn)角不同，使光經(jīng)濾光片5后的光強不同，從而探測器測到光強不同，顯示實時的濕度值。當(dāng)濕度變化時，盤狀游絲10進行收縮從而自身轉(zhuǎn)動，帶動了濾光片5 —起轉(zhuǎn)動，因為濾光片5在垂直光路方向上的光吸收密度是呈由高向低線性分布，所以光訊號通過濾光片10不同位置時，光強度因濾光片吸收不同而造成衰減值隨之變化，準直器7通過濾光片5后進行被反射鏡6反射，最后再由自身返回。 所以光束通過濾光片不同位置，對光強的衰減呈線性的變化。參見圖3，光發(fā)射接收單元3包括光源14、隔離器15、光耦合器16、探測器19、光源檢測器17 ；光源14的輸出端連接隔離器15的輸入端；光耦合器16的輸入端分別與隔離器 15的輸出端以及探測器的輸入端相連；光耦合器16的輸出端分別與光源檢測器17及準直器7相連。光源14發(fā)出光經(jīng)過光隔離器15后再經(jīng)過光耦合器16分成兩路，一路接光源檢測器17，作為光源14的參考光訊號，作用為修正光源輸出光強的不穩(wěn)定導(dǎo)致的測試結(jié)果誤差，另一路與準直器7連接，反射光進入準直器7后，經(jīng)光耦合器16再分成兩路輸出，一路返回光源端，光隔離器15將回光隔離，以保護光源14的穩(wěn)定，另一路與光探測器18相連。 返回的光強經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換單元后變成電信號，并進行光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)處理后就顯示對應(yīng)的濕度值。
權(quán)利要求
1.一種基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于包括用于敏感物理量的轉(zhuǎn)動式敏感元件、將轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)光信號的光學(xué)模塊、向光學(xué)模塊提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元、將光發(fā)射接收單元接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；所述光學(xué)模塊包括與轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸同軸固連的圓形漸變式濾光片、分別設(shè)置在漸變式濾光片兩側(cè)相對位置的全反射鏡和準直器，所述準直器通過光纖與光發(fā)射接收單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述光學(xué)模塊還包括密封腔體，所述轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸穿過密封腔體的一端面， 所述轉(zhuǎn)動式敏感元件設(shè)置在密封腔體外側(cè)，所述圓形漸變式濾光片、全反射鏡、準直器設(shè)置在密封腔體內(nèi)側(cè)，所述光纖穿過密封腔體的另一端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述光發(fā)射接收單元包括光源、隔離器、光耦合器、探測器、光源檢測器；所述光源的輸出端連接隔離器的輸入端；所述光耦合器的輸入端分別與隔離器的輸出端以及探測器的輸入端相連； 所述光耦合器的輸出端分別與光源檢測器及準直器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述轉(zhuǎn)動式敏感元件為基于盤狀游絲的敏感元件，所述盤狀游絲的外端部與軸套固定，其內(nèi)端部與芯軸固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述盤狀游絲外面設(shè)置有保護套；所述保護套固定在密封腔上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述盤狀游絲為單面涂有聚酰亞胺膜的彈性銅皮。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于漸變式濾光片的光纖傳感器，其特征在于所述聚酰亞胺膜的厚度是0. 1-0. 2mm。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的一種基于漸變式濾光片的光纖傳感器，包括用于敏感物理量的轉(zhuǎn)動式敏感元件、將轉(zhuǎn)動式敏感元件的芯軸轉(zhuǎn)動角度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)光信號的光學(xué)模塊、向光學(xué)模塊提供光信號并接收其輸出光信號的光發(fā)射接收單元、將光發(fā)射接收單元接收的光信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換單元；因不同的濕度下游絲的轉(zhuǎn)角不同，帶動濾光片轉(zhuǎn)角不同，使光經(jīng)濾光片后的光強不同，從而探測器測到光強不同，可以實時檢測，且具有著高精度，低成本，結(jié)構(gòu)簡單等特點，而且本發(fā)明涉及的傳感器封裝工藝簡單，操作方便，易保證批量化生產(chǎn)時高一致性，適于工業(yè)應(yīng)用，且具有高的可靠性，高重復(fù)性，安裝簡便等特點。
文檔編號G02B5/20GK102279005SQ201010198469
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者付靈莉, 劉釗, 姚勝利, 孫博, 張紅菊, 李寶奇, 楊向輝, 米磊, 賀正權(quán), 趙燕, 韓笑路 申請人:飛秒光電科技(西安)有限公司