本實用新型涉及一種傳感器探頭，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

差壓傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，主要用于設(shè)備測量、部件或流體在不同位置的壓力差，其廣泛應(yīng)用于尾氣壓差、氣體流量、液位高低、潔凈間監(jiān)測等檢測領(lǐng)域。現(xiàn)今，已出現(xiàn)采用不同原理的差壓傳感器，例如電阻式、電容式、電感式、節(jié)流器式、磁性液體式、MEMS式等，其中電阻式、電容式較為常見，其余類型由于實用性不強、局限性較大或仍處于概念期，并未得到推廣，但電阻式、電容式差壓傳感器也存在自身的缺點，在很多場合不能很好的勝任。基于此，本實用新型提出了一種新型的光纖束差壓傳感器探頭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于：提供一種葉片阻尼式光纖差壓傳感器探頭，以解決現(xiàn)有差壓傳感器實用性不強、局限性較大或仍處于概念期，無法得到推廣使用，而較為常見的電阻式、電容式差壓傳感器也存在自身的缺點，在很多場合并不適用，無法滿足實際壓差測量要求的問題。

本實用新型的方案如下：一種葉片阻尼式光纖差壓傳感器探頭，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動部，轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)軸與殼體的中心線相平行，二者為非同軸結(jié)構(gòu)，即相對偏心，轉(zhuǎn)動部的相對兩側(cè)均設(shè)置有隔板，且隔板能隨轉(zhuǎn)動部在殼體內(nèi)相對轉(zhuǎn)動，殼體的內(nèi)腔由轉(zhuǎn)動部和隔板分隔為兩個檢測腔，兩個檢測腔均對應(yīng)設(shè)置有檢測流體入口，一隔板的一側(cè)設(shè)置有阻尼彈簧，阻尼彈簧的一端固定，另一端固定于該隔板上，沿轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動中心開設(shè)有通孔，通孔內(nèi)固定設(shè)置有遮光片，遮光片的一側(cè)設(shè)置有入射光纖，另一側(cè)設(shè)置有接收光纖，且接收光纖的接收端面分為光纖接收部和非光纖接收部；

接收光纖的接收端面可以通過遮擋部件進行部分遮擋以形成非光纖接收部，未被遮擋的部分即為光纖接收部，或接收光纖的接收端面僅有部分存在光纖，則存在光纖的部分即為光纖接收部，沒有光纖的部分即為非光纖接收部；

檢測流體壓差時，流體流入兩檢測腔后，轉(zhuǎn)動部發(fā)生轉(zhuǎn)動帶動遮光片轉(zhuǎn)動，從而遮光片遮擋部位發(fā)生變化，通過接收光纖中光纖接收部接收到信號的變化即可推算出轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動角度，從而即可推算出阻尼彈簧對隔板的施力大小，進而推算出兩個檢測腔內(nèi)流體的壓強差；

轉(zhuǎn)動部對應(yīng)隔板的位置設(shè)置有滑槽，隔板的一端均滑動設(shè)置于所對應(yīng)的滑槽內(nèi)，隔板與其所在滑槽的底部之間壓設(shè)有彈簧，隔板的另一端頂緊至殼體的內(nèi)壁處，且隔板與殼體的內(nèi)壁間滑動密封；

所述阻尼彈簧為剛度較強的阻尼彈簧，自由狀態(tài)下，即兩個檢測腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測腔內(nèi)流體壓強相同時，阻尼彈簧的形變?yōu)榱?，且阻尼彈簧與所對應(yīng)隔板相垂直，殼體的內(nèi)壁處設(shè)置有凸點，所述阻尼彈簧的一端固定于該凸點上；

所述通孔、入射光纖和接收光纖同軸設(shè)置；

檢測流體入口處還對應(yīng)設(shè)置有濾網(wǎng)；

所述接收光纖的截面外徑與通孔的內(nèi)徑相同，所述遮光片與接收光纖的端面相平行，遮光片為半圓形結(jié)構(gòu)，且遮光片的直徑與通孔的內(nèi)徑相同，光纖接收部和非光纖接收部均為半圓形結(jié)構(gòu)，且二者軸對稱設(shè)置，即接收光纖的接收端面一半能夠接收光纖信號，另一半無法接收光纖信號，初始狀態(tài)下，即兩個檢測腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測腔內(nèi)流體壓強相同時，遮光片的遮擋部分恰好與非光纖接收部相重合；

殼體具有圓筒形內(nèi)腔，初始狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動中心線和殼體內(nèi)腔的中心線均與隔板處于同一平面；

為保證結(jié)構(gòu)更為緊湊，空間利用率更高，殼體采用扁平的筒形結(jié)構(gòu)；

利用上述光纖束差壓傳感器檢測流體壓差的方法

包括殼體，殼體的內(nèi)腔由設(shè)置于殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)動部和轉(zhuǎn)動部相對兩側(cè)的隔板分隔為兩個檢測腔，兩個檢測腔均對應(yīng)設(shè)置有檢測流體入口，轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動中心開設(shè)通孔，遮光片固定于通孔內(nèi)并隨轉(zhuǎn)動部轉(zhuǎn)動；

流體分別由檢測流體入口流入兩個檢測腔，若兩個檢測腔內(nèi)流體之間存在壓強差，則轉(zhuǎn)動部和轉(zhuǎn)動部相對兩側(cè)的隔板相對轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動中心發(fā)生轉(zhuǎn)動，并在設(shè)置于一隔板一側(cè)的阻尼彈簧的作用下達到平衡，轉(zhuǎn)動的過程中遮光片也發(fā)生轉(zhuǎn)動，并使遮光片兩側(cè)對應(yīng)設(shè)置的入射光纖和出射光纖中接收光纖的光纖接收量發(fā) 生變化，從而推算得出遮光片的轉(zhuǎn)動角度，即轉(zhuǎn)動部的轉(zhuǎn)動角度，從而即可推算出阻尼彈簧對隔板的施力情況，進而推算出兩個檢測腔內(nèi)流體的壓差。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要優(yōu)點如下：經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論研究與實驗分析可知，該傳感器具有較小的結(jié)構(gòu)、較高的精確度與可靠性、較好的適應(yīng)性與互換性等優(yōu)點，實用性極強，輸出信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及信號處理計算后輸出值將成倍變化，從而提高了檢測靈敏度，該傳感器能適用于眾多壓差檢測場合。

同時，該差壓傳感器采用轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)作為壓力探測器件，在遇到流體壓力時，轉(zhuǎn)動部及隔板偏移運動，僅需根據(jù)轉(zhuǎn)動部的偏移角度即可計算出壓力差，對于光纖傳感的要求更低，計算和測量更為簡單，且檢測不易受外界干擾，不易損壞，使用壽命更為長久，使得傳感器的可靠性、適應(yīng)性及互換性都有了較大進步，適宜用作流體差壓的測量；傳感器的強度補償原理更為簡單，實用性更強。

附圖說明

圖1是該傳感器探頭的剖面圖；

圖2是該圖1中A-A向的剖視圖；

圖3是光纖設(shè)計結(jié)構(gòu)圖,其中，a為入射光纖入射端面的結(jié)構(gòu)示意圖，b為遮光板的結(jié)構(gòu)示意圖，c是接收光纖接收端面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4壓強差與光通量的函數(shù)圖像。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將參照附圖對本實用新型作進一步地詳細描述，

實施例：

參照圖1至圖3，本實施例提供一種葉片阻尼式光纖差壓傳感器探頭，包括殼體1，殼體1采用扁平的筒形結(jié)構(gòu)，且殼體1具有圓筒形內(nèi)腔，初始狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動部2的轉(zhuǎn)動中心線和殼體1內(nèi)腔的中心線均與隔板3處于同一平面，，殼體1內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動部2，轉(zhuǎn)動部2的轉(zhuǎn)軸與殼體1的中心線相平行，二者為非同軸結(jié)構(gòu)(相對偏心)，轉(zhuǎn)動部2的相對兩側(cè)均設(shè)置有隔板3，且隔板3能隨轉(zhuǎn)動部2在殼體1內(nèi)相對轉(zhuǎn)動，具體為：轉(zhuǎn)動部2對應(yīng)隔板3的位置設(shè)置有滑槽21，隔板3的一端均滑動設(shè)置于所對應(yīng)的滑槽21內(nèi)(隔板3與滑槽21之間滑動密封)，隔板3與其所在滑槽21的底部之間壓設(shè)有彈簧9，隔板3的另一端頂緊至殼體1 的內(nèi)壁處，且隔板3與殼體1的內(nèi)壁間滑動密封，殼體1的內(nèi)腔由轉(zhuǎn)動部2和隔板3分隔為兩個檢測腔，兩個檢測腔均對應(yīng)設(shè)置有檢測流體入口4，檢測流體入口4處還對應(yīng)設(shè)置有濾網(wǎng)41；

其中一個隔板3的一側(cè)設(shè)置有阻尼彈簧5，殼體1的內(nèi)壁處設(shè)置有凸點11，阻尼彈簧5的一端固定于該凸點11上，另一端固定于隔板3上，阻尼彈簧5為剛度較強的阻尼彈簧，自由狀態(tài)下，即兩個檢測腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測腔內(nèi)流體壓強相同時，阻尼彈簧5的形變?yōu)榱?，且阻尼彈?與所對應(yīng)隔板3相垂直；

沿轉(zhuǎn)動部2的轉(zhuǎn)動中心開設(shè)有通孔22，通孔22內(nèi)固定設(shè)置有遮光片6，遮光片6的一側(cè)設(shè)置有入射光纖7，另一側(cè)設(shè)置有接收光纖8，且接收光纖8的接收端面分為光纖接收部81和非光纖接收部82，通孔22、入射光纖7和接收光纖8同軸設(shè)置，接收光纖8的截面外徑與通孔22的內(nèi)徑相同，所述遮光片6與接收光纖8的端面相平行，遮光片6為半圓形結(jié)構(gòu)，且遮光片6的直徑與通孔22的內(nèi)徑相同，光纖接收部81和非光纖接收部82均為半圓形結(jié)構(gòu)，且二者軸對稱設(shè)置，即接收光纖8的接收端面一半能夠接收光纖信號，另一半無法接收光纖信號，初始狀態(tài)下，即兩個檢測腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測腔內(nèi)流體壓強相同時，遮光片6的遮擋部分恰好與非光纖接收部82相重合；

接收光纖8的接收端面可以通過遮擋部件進行部分遮擋以形成非光纖接收部82，未被遮擋的部分即為光纖接收部81，或接收光纖8的接收端面僅有部分存在光纖，則存在光纖的部分即為光纖接收部81，沒有光纖的部分即為非光纖接收部82，檢測流體壓差時，流體分別由檢測流體入口4流入兩個檢測腔，若兩個檢測腔內(nèi)流體之間存在壓強差，則轉(zhuǎn)動部2和轉(zhuǎn)動部2相對兩側(cè)的隔板3相對轉(zhuǎn)動部2的轉(zhuǎn)動中心發(fā)生轉(zhuǎn)動，并在設(shè)置于一隔板3一側(cè)的阻尼彈簧5的作用下達到平衡，轉(zhuǎn)動的過程中遮光片6也發(fā)生轉(zhuǎn)動，并使遮光片6兩側(cè)對應(yīng)設(shè)置的入射光纖7和出射光纖8中接收光纖8的光纖接收量發(fā)生變化，從而推算得出遮光片6的轉(zhuǎn)動角度，即轉(zhuǎn)動部2的轉(zhuǎn)動角度，從而即可推算出阻尼彈簧5對隔板3的施力情況，進而推算出兩個檢測腔內(nèi)流體的壓差。

該傳感器探頭數(shù)學模型的計算

在計算過程中我們設(shè)出殼體1內(nèi)腔的高度取值為50mm，半徑為R，隔板3兩側(cè)腔室具有壓力差，且重新達到平衡位置后，接收光纖8接收到的光纖強度的變 化量為ΔP，隔板3距離殼體1的中心的偏心距為e，阻尼彈簧勁度系數(shù)為k，阻尼彈簧與轉(zhuǎn)動部2軸心的距離為d，上葉片側(cè)面面積(轉(zhuǎn)動部2一側(cè)隔板3的端面面積)為S₁，下葉片側(cè)面面積(轉(zhuǎn)動部2另一側(cè)隔板3的端面面積)為S₂，上葉片長度(圖1所示其中一個隔板3的長度)為L₁，下葉片長度(圖1所示另一個隔板3的長度)為L₂，葉片偏轉(zhuǎn)角(隔板3的偏轉(zhuǎn)角度)θ，小輪半徑(轉(zhuǎn)動部2的半徑)r₂，小輪孔半徑(通孔22的半徑)r₁。

流體進入時，由于壓力差，隔板產(chǎn)生不同的扭矩，其中T₁為流體產(chǎn)生的扭矩，T₂為阻礙扭矩得式(1)

T₁-T₂＝d·F_彈＝kdx (1)

可以求出X,又因為T＝ΔP*T*L，變換得出(2)

$X=\frac{T_1-T_2}{kd}=\frac{\mathrm{\Δ}p(T_1{L}_1-T_2{L}_2)}{kd}---\left(2\right)$

從而可以求出變化量

$\⇒\mathrm{\Δ}P=\frac{kxd}{S_1{L}_1-S_2{L}_2}---\left(3\right)$

已知

則

所以可以計算出通光量的表達式為：

又

S₁＝50(L₁-R₂) S₂＝50(L₂-R₂) (8)

則可求出光強度變化量的表達式為：

為便于計算，我們?nèi)∑渲蠷＝50mm,ε＝1,e＝10mm,k＝100d＝40mm，θ取值為0～1度，θ＝(0：0.1：1)，由于θ角很小，L₁、L₂、S₁、S₂可以近似認為不變，則令S₁＝2000mm，S₂＝1000mm,L₁＝60mm,L₂＝40mm,并畫出曲線如圖4。當兩側(cè)壓強差為0時，接收的光通量為0，此時葉片(隔板3)處于起始位置。而隨著兩側(cè)壓強差的增加時，葉片平衡被打破實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，光通量隨之改變，并具有良好的線性關(guān)系。