本實(shí)用新型涉及一種流量傳感器，屬于流量傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，常常要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。傳感器也早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。本實(shí)用新型是眾多類別的傳感器之一——流量傳感器。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)多種多樣的流量傳感器，最常用的有葉片式、渦街式、卡門渦旋式、熱線式等。但是，諸如葉片式、渦街式、卡門渦旋式、熱線式等傳感器，原理多采用傳統(tǒng)的動(dòng)力測(cè)量方式，擁有測(cè)量精度不高、耗能大等局限，在很多場(chǎng)合不能很好地勝任。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于：提供一種光纖檢測(cè)流體流量的傳感器結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有流量傳感器多采用傳統(tǒng)的動(dòng)力測(cè)量方式，擁有測(cè)量精度不高、耗能大等局限，在很多場(chǎng)合不能很好地勝任的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的方案如下：一種光纖檢測(cè)流體流量的傳感器結(jié)構(gòu)，包括傳感器探頭、光電轉(zhuǎn)換器和信號(hào)處理器，傳感器探頭包括活塞缸和設(shè)置于活塞缸一側(cè)的檢測(cè)箱，活塞缸的兩端分別由端蓋封閉，活塞缸內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞，活塞與兩端的端蓋之間均設(shè)置彈簧，彈簧的一端固定于活塞上，另一端固定于端蓋上，活塞的兩端還分別設(shè)置有反光片，兩端的端蓋上均開(kāi)設(shè)有檢測(cè)通孔，檢測(cè)通孔內(nèi)均設(shè)置有指向反光片的光纖檢測(cè)端，光纖檢測(cè)端具有入射光纖和出射光纖，光纖檢測(cè)端的出射光纖與光電轉(zhuǎn)換器相連，光電轉(zhuǎn)換器與信號(hào)處理器相連，通過(guò)出射光纖所接收信號(hào)的強(qiáng)弱即可判斷反光片與光纖檢測(cè)端之間的距離，從而判斷活塞的滑動(dòng)距離，即可進(jìn)一步判斷出進(jìn)入活塞兩側(cè)的流體的壓差；

檢測(cè)箱上具有流體入口和流體出口以使流體流經(jīng)檢測(cè)箱的內(nèi)部，檢測(cè)箱與活塞缸中活塞兩側(cè)的腔室分別通過(guò)一個(gè)流體通路相連通，還包括氣源，氣源的供氣方向指向兩個(gè)流體通路的中間位置，且流體通路和氣源分別設(shè)置于流體在檢測(cè)箱內(nèi)部流通路徑的相對(duì)兩側(cè)，如此設(shè)置，當(dāng)檢測(cè)箱內(nèi)的流體不流通時(shí)，流入活塞兩側(cè)腔室的流體壓力應(yīng)當(dāng)相同，則活塞會(huì)處于平衡位置保持不變，而當(dāng)流體流動(dòng)后，流入活塞兩側(cè)腔室的流體壓力是不同的，則活塞會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，這種壓力變化就會(huì)反映在光纖探頭檢測(cè)的光信號(hào)變化上，即通過(guò)該傳感器檢測(cè)出流體流量等信息。

還包括有光源、Y型耦合器和光纖，光源設(shè)置于光纖的一端用于產(chǎn)生光纖信號(hào)，光源發(fā)出的光信號(hào)耦合進(jìn)入到光纖內(nèi)，光纖的另一端經(jīng)Y型耦合器后分為兩路光源入射光纖，兩路光源入射光纖分別對(duì)應(yīng)接入到傳感器探頭中的兩個(gè)光纖檢測(cè)端，并作為光纖檢測(cè)端的入射光纖，照射到反光部件上，經(jīng)反射后的反射光進(jìn)入兩端的出射光纖，由出射光纖分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化單元處理后分別輸入到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器再對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行比值運(yùn)算。

為了避免彈簧對(duì)傳感器的影響，活塞兩側(cè)的彈簧對(duì)稱設(shè)置，且活塞兩側(cè)的彈簧的結(jié)構(gòu)及規(guī)格均完全相同，活塞位于兩端端蓋的正中央位置時(shí)，活塞兩側(cè)的彈簧均處于自然狀態(tài)，即彈簧無(wú)拉伸與壓縮形變；

為保證光纖探頭的傳感效果，保證兩端光纖檢測(cè)端與反光片之間的距離平衡，兩個(gè)檢測(cè)通孔均開(kāi)設(shè)在所在端蓋的正中心位置，兩個(gè)檢測(cè)通孔及活塞均同軸設(shè)置，反光片與光纖檢測(cè)端垂直設(shè)置，活塞與活塞缸的內(nèi)壁之間為滑動(dòng)密封式結(jié)構(gòu)，以防止活塞兩側(cè)的流體互相滲入，檢測(cè)通孔內(nèi)位于光纖檢測(cè)端的內(nèi)側(cè)還設(shè)置有密封透光片，即密封透光片與檢測(cè)通孔的內(nèi)壁之間密封設(shè)置，防止流體污染光纖檢測(cè)端；

作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述光纖檢測(cè)端通過(guò)螺紋旋緊固定于檢測(cè)通孔內(nèi)，以保證光纖探頭定位的牢固和精確，端蓋為橡膠塞，保證結(jié)構(gòu)可靠性的前提下結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)化；

為保證活塞的密封效果，防止流體經(jīng)活塞邊緣流入彈簧所在腔室，活塞與活塞缸的內(nèi)壁之間設(shè)置有活塞密封圈；

為保證傳感器的使用壽命和使用效果，活塞的材質(zhì)優(yōu)選硬質(zhì)合金；

為防止流體內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)入傳感器探頭，所述流體通路上均設(shè)置有濾網(wǎng)。

光纖檢測(cè)端的光纖束由入射光纖和出射光纖集合鎧裝而成，入射光纖另一端與光源對(duì)接，用以耦合入射光，出射光纖的出射端與光敏元件連接，輸出光強(qiáng)度信號(hào)。

所述動(dòng)量壓差數(shù)學(xué)模型如下：分析傳動(dòng)量與壓差之間的關(guān)系，設(shè)氣流的速度為V_s，被測(cè)流體的速度為V，其中V_s是由氣源發(fā)射出來(lái)的氣流速度，為已知量，活塞兩端壓強(qiáng)差與兩個(gè)流體的動(dòng)量M_s/M有關(guān)，其中M為被測(cè)流體動(dòng)量，M_s為氣流動(dòng)量，分別與與V²成正比。

M＝kV²；

k為常數(shù)；

即：

則：

其中，k₁為已知量，從而在已知ΔP后即可求得V的值，在試驗(yàn)中，我們?nèi)_s等于5m/s，取k₁＝2，V變化由1m/s到2m/s,其曲線如圖4所述。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)如下：經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論研究與實(shí)驗(yàn)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，該傳感器能適用于眾多流體流量檢測(cè)場(chǎng)合，將光電傳感原理應(yīng)用于流量檢測(cè)領(lǐng)域，輸出信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理計(jì)算后輸出值將成倍變化，從而提高了檢測(cè)靈敏度，具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)新型流量傳感器的設(shè)計(jì)與推廣起到了極大的推動(dòng)作用。

同時(shí)，該差壓傳感器采用活塞式結(jié)構(gòu)作為壓力探測(cè)器件，在兩側(cè)流體具有壓力差時(shí)，活塞是平移運(yùn)動(dòng)，僅需根據(jù)活塞的平移量即可計(jì)算出流體壓力差，對(duì)于光纖傳感的要求更低，計(jì)算和測(cè)量更為簡(jiǎn)單，且活塞結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，不易受外界干擾，不易損壞，使用壽命更為長(zhǎng)久，使得傳感器的可靠性、適應(yīng)性及互換性都有了較大進(jìn)步，適宜用作流體流量的測(cè)量；傳感器的強(qiáng)度補(bǔ)償原理更為簡(jiǎn)單，實(shí)用性更強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是該傳感器的系統(tǒng)原理圖；

圖2是該傳感器探頭結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖3是檢測(cè)原理圖；

圖4是流體動(dòng)量與活塞兩邊壓強(qiáng)差的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，

實(shí)施例：

參照?qǐng)D1至圖3，本實(shí)施例提供一種光纖檢測(cè)流體流量的傳感器結(jié)構(gòu)，包括傳感器探頭1、光電轉(zhuǎn)換器2和信號(hào)處理器3，傳感器探頭1包括活塞缸11和設(shè)置于活塞缸11一側(cè)的檢測(cè)箱12，活塞缸11的兩端分別由端蓋13封閉，活塞缸11內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞14，活塞14與活塞缸11的內(nèi)壁之間設(shè)置有活塞密封圈141，活塞14與兩端的端蓋13之間均設(shè)置彈簧15，彈簧15的一端固定于活塞14上，另一端固定于端蓋13上，活塞14的兩端還分別設(shè)置有反光片16，兩端的端蓋13上均開(kāi)設(shè)有檢測(cè)通孔17，檢測(cè)通孔17內(nèi)均設(shè)置有指向反光片16的光纖檢測(cè)端19，光纖檢測(cè)端19具有入射光纖191和出射光纖192，光纖檢測(cè)端19的光纖束由入射光纖191和出射光纖192集合鎧裝而成，光源5設(shè)置于光纖7的一端用于產(chǎn)生光纖信號(hào)，光源5發(fā)出的光信號(hào)耦合進(jìn)入到光纖7內(nèi)，光纖7的另一端經(jīng)Y型耦合器6后分為兩路光源入射光纖，兩路光源入射光纖分別對(duì)應(yīng)接入到傳感器探頭1中的兩個(gè)光纖檢測(cè)端19，并作為光纖檢測(cè)端19的入射光纖191，照射到反光部件18上，經(jīng)反射后的反射光進(jìn)入兩端的出射光纖192，由出射光纖192分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換器2進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化單元8處理后分別輸入到信號(hào)處理器3，信號(hào)處理器3再對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行比值運(yùn)算。

檢測(cè)箱12上具有流體入口121和流體出口122以使流體流經(jīng)檢測(cè)箱12的內(nèi)部，檢測(cè)箱12與活塞缸11中活塞14兩側(cè)的腔室分別通過(guò)一個(gè)流體通路123相連通，流體通路123上均設(shè)置有濾網(wǎng)125，氣源124的供氣方向指向兩個(gè)流體通路123的中間位置，且流體通路123和氣源124分別設(shè)置于流體在檢測(cè)箱12內(nèi)部流通路徑的相對(duì)兩側(cè)，如此設(shè)置，當(dāng)檢測(cè)箱12內(nèi)的流體不流通時(shí)，流入活塞14兩側(cè)腔室的流體壓力應(yīng)當(dāng)相同，則活塞14會(huì)處于平衡位置保持不變，而當(dāng)流體流動(dòng)后，流入活塞14兩側(cè)腔室的流體壓力是不同的，則活塞14會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，這種壓力變化就會(huì)反映在光纖探頭檢測(cè)的光信號(hào)變化上，即通過(guò)該傳感器檢測(cè)出流體流量等信息。

活塞14兩側(cè)的彈簧15對(duì)稱設(shè)置，且活塞14兩側(cè)的彈簧15的結(jié)構(gòu)及規(guī)格均完全相同，活塞14位于兩端端蓋13的正中央位置時(shí)，活塞14兩側(cè)的彈簧15均處于自然狀態(tài)，即彈簧無(wú)拉伸與壓縮形變，兩個(gè)檢測(cè)通孔17均開(kāi)設(shè)在所在端蓋13的正中心位置，兩個(gè)檢測(cè)通孔17及活塞14均同軸設(shè)置，反光片16與光纖檢測(cè)端19垂直設(shè)置，活塞14與活塞缸11的內(nèi)壁之間為滑動(dòng)密封式結(jié)構(gòu)，檢測(cè)通孔17內(nèi)位于光纖檢測(cè)端19的內(nèi)側(cè)還設(shè)置有密封透光片18，即密封透光片18與檢測(cè)通孔17的內(nèi)壁之間密封設(shè)置，

如圖3所示，從氣源124進(jìn)入的測(cè)試流體(即氣流)與被測(cè)流體耦合并相互作用，在被測(cè)流體的作用下，測(cè)試流體流場(chǎng)由均勻分布向右側(cè)發(fā)生偏移。當(dāng)測(cè)試流體流場(chǎng)均勻分布時(shí)(即被測(cè)流體不流動(dòng))，進(jìn)入傳感器左右檢測(cè)腔的流體流量相同，左右檢測(cè)腔內(nèi)的流體壓力相等，活塞靜止不動(dòng)；而當(dāng)測(cè)試流體流場(chǎng)向右側(cè)發(fā)生偏移后(被測(cè)流體向右流動(dòng))，進(jìn)入傳感器右腔的流體流量增大，進(jìn)入傳感器左腔的流體流量減小，從而導(dǎo)致傳感器左右檢測(cè)腔產(chǎn)生壓力差?；钊?4的左右偏移直接帶動(dòng)了活塞14上反光片16的移動(dòng)，并使光纖檢測(cè)端19與反光片16之間的距離發(fā)生變化，造成兩個(gè)輸出光信號(hào)的強(qiáng)度不同，光敏元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整流濾波等處理環(huán)節(jié)后輸入到計(jì)算機(jī)中，配合相應(yīng)的算法計(jì)算，可以得出兩檢測(cè)位置的流體壓力差。再建立動(dòng)量壓差數(shù)學(xué)模型，推算得出流體動(dòng)量。