專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖光推動(dòng)電容式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于壓力測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及采用電容式壓力敏感器件構(gòu)成一種光纖光推動(dòng)壓力傳感器的電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
以現(xiàn)有技術(shù)制造的電容式壓力傳感器都是電推動(dòng)的，它們都需外接電源，測(cè)量信息也是以電信號(hào)的形式傳送的。這使得它們?cè)谝恍┤缫兹?、易爆、?qiáng)電磁干擾等場(chǎng)合下的應(yīng)用受到限制。解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是將現(xiàn)有的壓力敏感器件的制造技術(shù)與光纖產(chǎn)傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成光纖光推動(dòng)壓力傳感器。將光推動(dòng)傳感器置于危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)，而將二次儀表置于遠(yuǎn)處的安全區(qū)內(nèi)，傳感器與二次儀表之間只以光纖相互連接。由于光推動(dòng)傳感器的功耗極低(小于0.5毫瓦)，光纖又具有本質(zhì)防爆和抗電磁干擾的特性，因此可以達(dá)到防燃、防爆、抗干擾的目的。
光纖光推動(dòng)傳感器現(xiàn)在已有研究。例如史錦珊等進(jìn)行過(guò)光推動(dòng)測(cè)溫儀的實(shí)驗(yàn)(參見(jiàn)“光功率推動(dòng)測(cè)溫儀系統(tǒng)分析與建?！保瑑x器儀表學(xué)報(bào)，Vol.15，No.1)。劉志艷等也進(jìn)行過(guò)類(lèi)似研究(參見(jiàn)“光纖耦合光動(dòng)力傳感器的研究”，測(cè)控技術(shù)，1996(2))。這些研究成果的主要缺點(diǎn)是所使用的轉(zhuǎn)換電路功耗高，測(cè)量通道少。由于電路功耗高，所以需采用價(jià)格昂貴的大功率激光器(數(shù)千元/只)作為光功率源，這使得相關(guān)產(chǎn)品成本高昂，難以推廣應(yīng)用。由于測(cè)量通道少，使得產(chǎn)品的精度和溫度適應(yīng)性受至限制。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種電容式壓力傳感器的轉(zhuǎn)換電路，該電路與電容式壓力敏感器件構(gòu)成光纖光推動(dòng)壓力傳感器。該傳感器使用低價(jià)格小功率的LED發(fā)光二極管光源(數(shù)百元/只)可驅(qū)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)以壓力為主的多參數(shù)測(cè)量。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種光纖光推動(dòng)壓力傳感器，由帶有光電二極管的兩相半波整流電路、脈寬調(diào)制電路、脈沖沿檢出電路、信號(hào)發(fā)送電路以及電容式壓力敏感器件組成。其特征在于所說(shuō)的兩相半波整流電路由一個(gè)具有中心抽頭的升壓變壓器、整流二極管和濾波電容組成。光電二極管將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電流脈沖作為該整流電路的輸入，該整流電路輸出直流電壓作為傳感器的電源電壓。
所說(shuō)的脈寬調(diào)制電路由一個(gè)多諧振蕩器和至少一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路按串聯(lián)的方式構(gòu)成。多諧振蕩器作為初始觸發(fā)信號(hào)源，其輸出信號(hào)觸發(fā)第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路的輸出信號(hào)觸發(fā)第二個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，以此類(lèi)推。該單穩(wěn)態(tài)電路上連接有電容式敏感器件或電阻式敏感器件。
所說(shuō)的脈沖沿檢出電路由多個(gè)CR微分網(wǎng)絡(luò)和或門(mén)電路組成。這些微分網(wǎng)絡(luò)的輸入端分別接在脈寬調(diào)制電路中的多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端上，微分網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接有或門(mén)電路?；蜷T(mén)電路的輸出信號(hào)觸發(fā)信號(hào)發(fā)送電路，信號(hào)發(fā)送電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED光源，該LED光源連接有光纖，該光纖的另一端連接有信號(hào)處理單元。
本實(shí)用新型的工作原理是利用電容式敏感器件和電阻式敏感器件調(diào)制脈寬調(diào)制電路輸出脈沖的寬度。當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，相應(yīng)的脈沖寬度隨之發(fā)生變化。在信號(hào)處理單元中檢測(cè)出這些脈沖寬度并作適當(dāng)處理，就能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的被測(cè)量。
本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)第一，將常規(guī)傳感器的電驅(qū)動(dòng)改為光驅(qū)動(dòng)，電信號(hào)傳輸改為光信號(hào)傳輸，防燃、防爆、抗干擾；第二，使用低價(jià)格小功率的LED光源可驅(qū)動(dòng)，大大降低了相關(guān)產(chǎn)品的成本；第三，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量，如在測(cè)量壓力的同時(shí)可測(cè)量溫度；第四，所測(cè)溫度參數(shù)也可用于壓力傳感器的高精度溫度補(bǔ)償。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種光纖光推動(dòng)壓力傳感器實(shí)施例，如圖1、圖2所示，結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下圖1是本實(shí)施例的原理框圖。圖中左邊虛框內(nèi)為傳感器部分，右邊虛框內(nèi)為信號(hào)處理單元示意。信號(hào)處理單元中的脈沖發(fā)生電路的輸出驅(qū)動(dòng)LED光源1，將光能以脈沖的形式通過(guò)光纖1(芯徑為100/140)傳送給光電二極管，該光電二極管將光脈沖轉(zhuǎn)換成電流脈沖并作為兩相半波整流電流的輸入，該整流電路輸出+3.5伏左右的直流電壓作為脈寬調(diào)制電路、脈沖沿檢出電路和LED光源2驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓。差動(dòng)電容式壓力敏感器件的兩個(gè)電容CH、CL和熱敏電阻Rth接在脈寬調(diào)制電路上。脈寬調(diào)制電路的輸出脈沖作為脈沖沿檢出電路的輸入，脈沖沿檢出電路的輸出驅(qū)動(dòng)光源2，通過(guò)光纖2(芯徑為62.5/125)將脈沖寬度信息傳送給信號(hào)處理單元中的光接收器，該光接收器輸出電脈沖信號(hào)供后續(xù)電路進(jìn)行處理。
圖2是本實(shí)施例的電路原理圖。具有中心抽頭的變壓器T1與二極管D1、D2、電容C2構(gòu)成兩相半波整流電路。光電二極管PD1輸出電流脈沖作為該整流電路的輸入。IC1、IC2、IC3和IC4組成脈寬調(diào)制電路。其中IC1連接成多諧振蕩器，IC2、IC3、IC4連接成單穩(wěn)態(tài)電路。熱敏電阻Rth連接在IC2上，用以調(diào)制IC2輸出脈沖的寬度。差動(dòng)電容式壓力敏感器件的兩個(gè)電容CH和CL分別連接在IC3和IC4上，使其輸出脈沖的寬度隨CH和CL的變化而變化。C4、R4、C5、R5、C6、R6、C7、R7和或門(mén)IC5構(gòu)成脈沖沿檢出電路。由于IC1、IC2、IC3、IC4是按串聯(lián)方式連接的，即前一級(jí)的輸出端連接在后一級(jí)的輸入端Trg上，因此在任一時(shí)刻最多只有一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)，這使得IC1輸出脈沖的前沿和IC2、IC3、IC4輸出脈沖的后沿在被CR微分電路成形后依次出現(xiàn)在IC5的輸出端上。IC5輸出脈沖之間的間隔代表了對(duì)應(yīng)單穩(wěn)態(tài)電路輸出脈沖的寬度。MFET和R8構(gòu)成LED光源驅(qū)動(dòng)電路，完成將IC5輸出端的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并通過(guò)光纖傳送給信號(hào)處理單元的任務(wù)。
權(quán)利要求1.一種光纖光推動(dòng)電容式壓力傳感器，包括帶有光電二極管的兩相半波整流電路、脈寬調(diào)制電路、脈沖沿檢出和信號(hào)發(fā)送電路，其特征在于所說(shuō)的兩相半波整流電路將脈沖形式的光能轉(zhuǎn)換成直流電壓并作為傳感器的電源電壓，電容式壓力敏感器件接入所說(shuō)的脈寬調(diào)制電路，該脈寬調(diào)制電路的輸出端與所說(shuō)的脈沖沿檢出電路的輸入端相連接，該脈沖沿檢出電路檢出其輸入脈沖信號(hào)的前沿或后沿并以此觸發(fā)信號(hào)發(fā)送電路。
2.如權(quán)利要求1所述之光纖光推動(dòng)電容式壓力傳感器，其特征在于所說(shuō)的脈寬調(diào)制電路由一個(gè)多諧振蕩器和至少一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路按串聯(lián)方式組成，該多諧振蕩器的振蕩頻率是固定的或是可調(diào)的，該單穩(wěn)態(tài)電路上連接有電容式敏感器件或電阻式敏感器件。
3.如權(quán)利要求1所述之光纖光推動(dòng)電容式壓力傳感器，其特征在于所說(shuō)的脈沖沿檢出電路由至少兩個(gè)CR微分網(wǎng)絡(luò)、至少一個(gè)或門(mén)電路組成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及光纖光推動(dòng)電容式壓力傳感器的電源電路和轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。其特點(diǎn)是可采用小功率的發(fā)光二極管作為光功率源,通過(guò)光纖傳送光功率用以推動(dòng)電容式壓力敏感器件及其轉(zhuǎn)換電路工作。測(cè)量信息由光纖傳送給信號(hào)處理單元。傳感器與信號(hào)處理單元之間僅以光纖相互連接。本實(shí)用新型可同時(shí)測(cè)量壓力和溫度,具有精度高、抗干擾能力強(qiáng),尤其適用于易燃、易爆、強(qiáng)電磁干擾等場(chǎng)合下的壓力測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L1/14GK2296001SQ9721587
公開(kāi)日1998年10月28日 申請(qǐng)日期1997年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月5日
發(fā)明者郭云 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油測(cè)井公司