專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及壓力測(cè)量?jī)x，尤其涉及一種光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x。
常用的膜盒式壓力測(cè)量?jī)x由膜盒式壓力傳感器及測(cè)量電路兩部分所組成。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的壓力改變時(shí)，膜盒在壓力作用下產(chǎn)生位移，此位移量由傳感器變?yōu)殡娏?，然后通過(guò)測(cè)量電路的放大，顯示等作用而測(cè)出壓力值。這種壓力測(cè)量?jī)x不僅是傳感器本身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測(cè)量精度不高，而且由于傳感器為電量，因此無(wú)法應(yīng)用于易燃易爆條件下的貯油罐壓力和液位的測(cè)量，因此不能滿足石油化工等領(lǐng)域的需要。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種測(cè)量精度高，抗電磁干擾性強(qiáng)，能適應(yīng)石油化工等領(lǐng)域高溫流體測(cè)壓需要的光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x。
本實(shí)用新型的光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x由光纖光柵壓力傳感器，光／電(O／E)，電／光(E／O)接口電路，測(cè)量電路及單片微機(jī)所組成，其特征在于光纖光柵壓力傳感器由膜盒部分、腔體、與腔體相貫通的光纜線管及腔體頂部的上蓋所組成，膜盒部分包括有外殼體及設(shè)置于殼體內(nèi)的膜盒，其中膜盒的一端與進(jìn)油管相連接，另一端在中心位置處連接一軸，該軸通過(guò)連接件與一光柵片A連成一體，另一光柵片B連接于光纖組件的基體上，光柵片B與光柵片A兩者互相平行，且此兩者的光柵線又有小于5度的交角，光柵組件基體與腔體相連結(jié)，腔體又由壓片將其一起連接于膜盒的外殼體上；光纖組件由基體，及分別射置于光柵片A，B兩邊的兩光源光纖C，D和兩測(cè)量光纖E，F(xiàn)所組成，光纖C，D，E，F(xiàn)通過(guò)光纜線管導(dǎo)出；光源光纖與E／O接口電路中的光源信號(hào)相耦和，測(cè)量光纖E，F(xiàn)輸出的光信號(hào)與兩個(gè)O／E接口電路相耦合，兩O／E，電路的輸出由測(cè)量電路將其分為Cos，Sin，－Sin和基準(zhǔn)電平，此四者的輸出電信號(hào)，與細(xì)分電路輸入端相接，細(xì)分電路的輸出與單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理器相接。
上述光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x的基本原理是利用兩片光柵的光柵線以小于5度的傾斜角度θ重疊時(shí)，在柵線大致垂直方向上產(chǎn)生黑白相間莫爾條紋，當(dāng)兩光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋就在光柵移動(dòng)的垂直方向，即θ角平分線方向移動(dòng)，且光柵移動(dòng)一個(gè)柵距d，莫爾條紋就移過(guò)一個(gè)條紋(一個(gè)條紋的間距m)光纖光柵傳感器將膜盒的單位位移量轉(zhuǎn)化為光柵移動(dòng)的莫爾條紋的個(gè)數(shù)n，將光柵刻為N個(gè)刻度線數(shù)，然后再經(jīng)過(guò)細(xì)分技術(shù)，使每一柵距又細(xì)分為M等分，由此膜盒的整個(gè)位移量H就轉(zhuǎn)為NMH個(gè)數(shù)，由此其分辨率和精度就大大提高。再者，在光纖光柵壓力傳感器中其光調(diào)制器是光柵，光纖起傳光作用，因此當(dāng)將此傳感器放置于高溫，強(qiáng)電磁場(chǎng)等環(huán)境下，它完全可以適應(yīng)，而由光纖傳導(dǎo)出去的光信號(hào)經(jīng)O／E電路轉(zhuǎn)換，再經(jīng)測(cè)量電路，細(xì)分電路處置，由于細(xì)分電路，光／電，電／光接口電路均置于較好的環(huán)境中，從而解決了化工，石油等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不良環(huán)境造成對(duì)測(cè)量影響，而且利用光柵的莫爾條紋的特性，光纖的遠(yuǎn)傳損耗小和成熟的細(xì)分電路的巧妙結(jié)合，使測(cè)量精度大大提高，從而實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的發(fā)明目的。
下面以附圖，實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)再予以詳細(xì)敘述。


圖1光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x的方框原理圖。
圖2光纖光柵壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3兩光纖組成莫爾條紋示意圖。
圖4E／O接口電路。
圖5O／E接口電路。
圖6測(cè)量電路結(jié)構(gòu)示意圖。
由圖1－6所示可見(jiàn)，在本實(shí)施例中，1，光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x中的光纖光柵壓力傳感器由膜盒部分7，腔體5，與腔體相貫通的光纜線管4及腔體5頂部的上蓋1所組成，膜盒部分7包括有外殼體71及設(shè)置于殼體內(nèi)的膜盒72，其中膜盒72的一端與進(jìn)油管8相連接體，另一端在中心位置處連接一軸721，該軸通過(guò)連接件3與光柵片A連成一體，另一光柵片B連接于光纖組件的基體21上，光柵片B與光柵片A兩者互相平行，且此兩者的光柵線有一小于5度的交角，基件21連接于腔體5上，腔體5由壓片6將其一起連接于膜盒的外殼體71上；光纖組件由基體21及設(shè)置于基體上的光纖所組成，其中光源光纖C，D設(shè)置于光柵片B的左側(cè)，測(cè)量光纖E、F設(shè)置于光柵片的右側(cè)，光纖C，D，E，F(xiàn)均通過(guò)光纜線管4導(dǎo)出。上述傳感器通過(guò)光源光纖與E／O接口電路中的光信號(hào)相耦合，通過(guò)測(cè)量光纖E、F的輸出光信號(hào)與兩個(gè)O／E接口電路相耦合，而兩O／E接口電路的輸出為Cos，Sin，將其輸至測(cè)量電路，測(cè)量電路的輸出Cos，Sin，－Sin和基準(zhǔn)電平一起輸至細(xì)分電路集成塊，細(xì)分電路的輸出與單片機(jī)相接。
上述光纖光柵傳感器將壓力信號(hào)變成光纖組件的莫爾條紋移動(dòng)個(gè)數(shù)的測(cè)量，將二O／E接口電路輸出經(jīng)測(cè)量電路、細(xì)分電路使其每一個(gè)條紋又細(xì)分M倍，從而大大提高其分辨率。
2，測(cè)量電路由圖6可見(jiàn)，測(cè)量電路為由四個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端的轉(zhuǎn)換電路及細(xì)分電路量?jī)刹糠炙M成，在轉(zhuǎn)換電路中，其中四個(gè)輸入端分別與二O／E輸出端相連接，其四個(gè)輸出端均與細(xì)分電路集成塊的輸入端相連接，測(cè)量電路包含有三個(gè)放大┅反相電路和一個(gè)基準(zhǔn)電平電路，其中一個(gè)放大┅反相電路由二放大反相集成片A1，A1′組成，其輸入端與一O／E電路輸出相接，其輸出為Cos信號(hào)，另一O／E電路輸出與A2放大反相器集成片相接，A2的輸出分兩路，一路經(jīng)A2′放大反相輸出Sin信號(hào)，另一路經(jīng)兩個(gè)放大反相器A3′，A3″，輸出一Sin信號(hào)，放大反相器A1′，A2′，A3″中的輸入端正端相連接，此連接點(diǎn)與電源正，負(fù)極相串聯(lián)的可調(diào)電阻RO的調(diào)節(jié)點(diǎn)相連接，其基準(zhǔn)電平電路為由與電源正極、地線相串聯(lián)的可調(diào)電阻R0′及與其相聯(lián)的濾波電容C所組成。細(xì)分電路有銷(xiāo)售產(chǎn)品3，其E／O接口電路如圖4所示，為由三極管T1，穩(wěn)壓管W1，發(fā)光管G1及電阻R1，R2所組成的恒流源。
4，其O／E接口電路如圖5所示為一光電器件，它由光電管G11，放大器A6及電阻R11，R12組成，其中A1為RS308－067集成片，G11的兩端與放大器A6的輸入端相接。
5，數(shù)據(jù)處理器采用單片機(jī)8031中數(shù)據(jù)處理部分，由上述可知實(shí)施例的壓力測(cè)量?jī)x，由于將膜壓的小變形量用光柵組件將其轉(zhuǎn)為很多個(gè)。莫爾條紋數(shù)測(cè)量，又由光纖將光量導(dǎo)出后轉(zhuǎn)換成電量，并用成熟的細(xì)分電路元件將其再一次將每一個(gè)條紋細(xì)分成m個(gè)電量，從而使測(cè)量的精度，分辨率極大提高，而且光柵元件，光纖元件本身耐高溫，抗電磁干擾的性能，使其解決了化工，石油部門(mén)高溫被測(cè)介質(zhì)的壓力測(cè)量問(wèn)題，為高溫介質(zhì)高精度測(cè)量開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x由光纖光柵壓力傳感器，O/E電路，E/O電路，測(cè)量電路及單片微機(jī)所組成，其特征在于光纖光柵壓力傳感器由膜盒部分7、腔體5、與腔體相貫通的光纜線管4及腔體5頂部的上蓋1所組成，膜盒部分7包括有外殼體71及設(shè)置于殼體內(nèi)的膜盒72，其中膜盒72的一端與進(jìn)油管8相連接，另一端在中心位置處連接一軸721，該軸通過(guò)連接件3與光柵片A連成一體，另一光柵片B連接于光纖組件的基體21上，光柵片B與光柵片A兩者互相平行，且此兩者的光柵線有一小于5度的交角基體21連接于腔體5上，腔體5由壓片6將其一起連接于膜盒的外殼體71上，光纖組件由基件21及設(shè)置于基件上的光纖所組成，其中光源光纖C，D設(shè)置于光柵片B的左側(cè)，測(cè)量光纖E，F(xiàn)設(shè)置于光柵片的右側(cè)，光纖C，D，E，F(xiàn)均通過(guò)光纜線管4導(dǎo)出。上述傳感器通過(guò)光源光纖與E/O接口電路中的光信號(hào)相耦合，通過(guò)測(cè)量光纖E，F(xiàn)輸出光信號(hào)與兩個(gè)O/E接口電路相耦合，而兩O/E接口電路的輸出為Cos，Sin，將其輸至測(cè)量電路，測(cè)量電路的輸出Cos，Sin，-Sin和基準(zhǔn)電平一起輸至細(xì)分電路集成塊，細(xì)分電路的輸出與單片機(jī)相接測(cè)量電路為由四個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端的轉(zhuǎn)換電路及細(xì)分電路量?jī)刹糠炙M成，在轉(zhuǎn)換電路中，其中四個(gè)輸入端分別與二O/E輸出端相連接，其四個(gè)輸出端均與細(xì)分電路集成塊的輸入端相連接，測(cè)量電路包含有三個(gè)放大---反相電路和一個(gè)基準(zhǔn)電平電路，其中一個(gè)放大---反相電路由二放大反相集成片A1，A1′組成，其輸入端與一O/E電路輸出相接，其輸出為Cos信號(hào)，另一O/E電路輸出與A2放大反相器集成片相接，A2的輸出分兩路，一路經(jīng)A2′放大反相輸出Sin信號(hào)，另一路經(jīng)兩個(gè)放大反相器A3′，A3″，輸出一Sin信號(hào)，反相器A1′，A2′，A3″中的輸入端正端相連接，此連接點(diǎn)與電源正，負(fù)極相串聯(lián)的可調(diào)電阻R0的調(diào)節(jié)點(diǎn)相連接，其基準(zhǔn)電平電路為由與電源正極，地線相串聯(lián)的可調(diào)電阻R0′及與其相聯(lián)的濾波電容C所組成。
2.按權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的E／O電路為為由三極管T1，穩(wěn)壓管W1，發(fā)光管G1及電阻R1，R2所組成的恒流源。所述的O／E電路為為一光電器件，它由光電管G11，放大器A6及電阻R11，R12組成，其中A1為RS308－067集成片，G11的兩端與放大器A6的輸入端相接。
專(zhuān)利摘要一種光纖光柵壓力測(cè)量?jī)x，由光纖光柵壓力傳感器，O/E電路，E/O電路，測(cè)量電路及數(shù)據(jù)處理器所組成，其特征在于光纖光柵壓力傳感器為由膜盒，與膜盒相連接的光柵組件，光纖組件，光纜線管等組成。膜盒變形量將光柵組件轉(zhuǎn)換成莫爾條紋移動(dòng)量，再由光纖傳導(dǎo)引出，并將此光移動(dòng)量轉(zhuǎn)化為電量，并經(jīng)轉(zhuǎn)換電路，細(xì)分電路組成的測(cè)量電路使其被測(cè)位移量轉(zhuǎn)為大數(shù)量的移動(dòng)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫介質(zhì)的高精度壓力測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L9/00GK2207572SQ9421280
公開(kāi)日1995年9月13日 申請(qǐng)日期1994年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月2日
發(fā)明者劉瑞復(fù) 申請(qǐng)人:劉瑞復(fù)