一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，探頭本體為具有圓筒形內(nèi)腔的殼體結(jié)構(gòu)，探頭本體的內(nèi)腔由設(shè)置于探頭本體內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部和設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)部相對(duì)兩側(cè)的隔板分隔為兩個(gè)檢測(cè)腔，兩個(gè)檢測(cè)腔均對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)流體入口，檢測(cè)流體入口處還對(duì)應(yīng)設(shè)置有濾網(wǎng)，探頭本體的內(nèi)壁處設(shè)置有凸點(diǎn)，阻尼彈簧的一端固定于該凸點(diǎn)上，另一端固定于該隔板上，沿轉(zhuǎn)動(dòng)部的轉(zhuǎn)動(dòng)中心開設(shè)有通孔，通孔內(nèi)固定設(shè)置有遮光片。以解決現(xiàn)有差壓傳感器實(shí)用性不強(qiáng)、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(diǎn)，在很多場(chǎng)合并不適用，無法滿足實(shí)際壓差測(cè)量要求的問題。本實(shí)用新型屬于壓差檢測(cè)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 差壓傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，主要用于設(shè)備測(cè)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(cè)等檢測(cè)領(lǐng)域?，F(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(shí)用性不強(qiáng)、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(diǎn)，在很多場(chǎng)合不能很好的勝 任。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于：提供一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有差 壓傳感器實(shí)用性不強(qiáng)、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(diǎn)，在很多場(chǎng)合并不適用，無法滿足實(shí)際壓差測(cè)量要 求的問題。
[0004] 本實(shí)用新型的方案如下:一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，包括探頭本體，探頭 本體為具有圓筒形內(nèi)腔的殼體結(jié)構(gòu)，探頭本體的內(nèi)腔由設(shè)置于探頭本體內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部和設(shè)置 于轉(zhuǎn)動(dòng)部相對(duì)兩側(cè)的隔板分隔為兩個(gè)檢測(cè)腔，隔板能隨轉(zhuǎn)動(dòng)部在探頭本體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)檢 測(cè)腔均對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)流體入口，檢測(cè)流體入口處還對(duì)應(yīng)設(shè)置有濾網(wǎng)，其中一個(gè)隔板的一 側(cè)設(shè)置有阻尼彈簧，探頭本體的內(nèi)壁處設(shè)置有凸點(diǎn)，所述阻尼彈簧的一端固定于該凸點(diǎn)上， 另一端固定于該隔板上，沿轉(zhuǎn)動(dòng)部的轉(zhuǎn)動(dòng)中心開設(shè)有通孔，通孔內(nèi)固定設(shè)置有遮光片。
[0005] 使用時(shí)，只需在遮光片的一側(cè)設(shè)置入射光纖，另一側(cè)設(shè)置接收光纖，通孔、入射光 纖和接收光纖同軸設(shè)置，且入射光纖和接收光纖不隨轉(zhuǎn)動(dòng)部的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，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(jìn)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；
[0006] 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(duì)稱設(shè)置，即接收光纖的接收端面一半能夠接收光纖信號(hào)，另一 半無法接收光纖信號(hào)，初始狀態(tài)下，即兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測(cè)腔內(nèi)流體壓強(qiáng) 相同時(shí)，遮光片的遮擋部分恰好與非光纖接收部相重合；
[0007] 檢測(cè)流體壓差時(shí)，流體流入兩檢測(cè)腔后，轉(zhuǎn)動(dòng)部發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)遮光片轉(zhuǎn)動(dòng)，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(hào)的變化即可推算出轉(zhuǎn)動(dòng)部 的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而即可推算出阻尼彈簧對(duì)隔板的施力大小，進(jìn)而推算出兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)流體 的壓強(qiáng)差；
[0008] 轉(zhuǎn)動(dòng)部對(duì)應(yīng)隔板的位置設(shè)置有滑槽，隔板的一端均滑動(dòng)設(shè)置于所對(duì)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探頭本體的內(nèi)壁處，且隔 板與探頭本體的內(nèi)壁間滑動(dòng)密封；
[0009] 所述阻尼彈簧為剛度較強(qiáng)的阻尼彈簧，自由狀態(tài)下，即兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)沒有流體流 入或兩檢測(cè)腔內(nèi)流體壓強(qiáng)相同時(shí)，阻尼彈簧的形變?yōu)榱?，且阻尼彈簧與所對(duì)應(yīng)隔板相垂直；
[0010] 初始狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)部的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線和探頭本體內(nèi)腔的中心線均與隔板處于同一平 面；
[0011] 為保證結(jié)構(gòu)更為緊湊，空間利用率更高，探頭本體采用扁平的筒形結(jié)構(gòu)；
[0012] 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，該傳感器探頭殼體具有較小的結(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(diǎn)，實(shí)用性極強(qiáng)，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，使傳感器能適用于眾多壓差檢測(cè)場(chǎng)合。
[0013] 同時(shí)，該差壓傳感器探頭殼體采用轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)作為壓力探測(cè)器件，在遇到流體壓 力時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部及隔板偏移運(yùn)動(dòng)，僅需根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)部的偏移角度即可計(jì)算出壓力差，對(duì)于光纖傳 感的要求更低，計(jì)算和測(cè)量更為簡(jiǎn)單，且檢測(cè)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，適宜用作流體差壓的測(cè)量;且 傳感器的強(qiáng)度補(bǔ)償原理更為簡(jiǎn)單，實(shí)用性更強(qiáng)。
【附圖說明】
[0014] 圖1是該傳感器探頭殼體的剖面圖；
[0015]圖2是該圖1中A-A向的剖視圖；
[0016]圖3是光纖設(shè)計(jì)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；
[0017] 圖4壓強(qiáng)差與光通量的函數(shù)圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 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，
[0019] 實(shí)施例：
[0020] 參照?qǐng)D1至圖3,本實(shí)施例提供一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，包括探頭本體 1，探頭本體1采用扁平的筒形結(jié)構(gòu)，且探頭本體1具有圓筒形內(nèi)腔，探頭本體1的內(nèi)腔由設(shè)置 于探頭本體1內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部2和設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)部2相對(duì)兩側(cè)的隔板3分隔為兩個(gè)檢測(cè)腔，隔板3能 隨轉(zhuǎn)動(dòng)部2在探頭本體1內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，初始狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)部2的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線和探頭本體1內(nèi)腔的中 心線均與隔板3處于同一平面，
[0021 ]兩個(gè)檢測(cè)腔均對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)流體入口 4，檢測(cè)流體入口 4處還對(duì)應(yīng)設(shè)置有濾網(wǎng) 41，其中一個(gè)隔板3的一側(cè)設(shè)置有阻尼彈簧5,所述阻尼彈簧5為剛度較強(qiáng)的阻尼彈簧，自由 狀態(tài)下，即兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測(cè)腔內(nèi)流體壓強(qiáng)相同時(shí)，阻尼彈簧5的形變?yōu)?零，且阻尼彈簧5與所對(duì)應(yīng)隔板3相垂直，探頭本體1的內(nèi)壁處設(shè)置有凸點(diǎn)11，所述阻尼彈簧5 的一端固定于該凸點(diǎn)11上，另一端固定于該隔板3上，沿轉(zhuǎn)動(dòng)部2的轉(zhuǎn)動(dòng)中心開設(shè)有通孔22， 通孔22內(nèi)固定設(shè)置有遮光片6。
[0022]轉(zhuǎn)動(dòng)部2對(duì)應(yīng)隔板3的位置設(shè)置有滑槽21，隔板3的一端均滑動(dòng)設(shè)置于所對(duì)應(yīng)的滑 槽21內(nèi)，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的另一端頂緊至探頭本體1 的內(nèi)壁處，且隔板3與探頭本體1的內(nèi)壁間滑動(dòng)密封；
[0023]使用時(shí)，只需在遮光片6的一側(cè)設(shè)置入射光纖7,另一側(cè)設(shè)置接收光纖8,通孔22、入 射光纖7和接收光纖8同軸設(shè)置，且入射光纖7和接收光纖8不隨轉(zhuǎn)動(dòng)部2的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，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,接收光纖8的接收端面可以通過遮 擋部件進(jìn)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，檢測(cè)流 體壓差時(shí)，流體流入兩檢測(cè)腔后，轉(zhuǎn)動(dòng)部2發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)遮光片6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而遮光片6遮擋部 位發(fā)生變化，通過接收光纖8中光纖接收部81接收到信號(hào)的變化即可推算出轉(zhuǎn)動(dòng)部2的轉(zhuǎn)動(dòng) 角度，從而即可推算出阻尼彈簧對(duì)隔板3的施力大小，進(jìn)而推算出兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)流體的壓強(qiáng) 差。
[0024]該傳感器探頭數(shù)學(xué)模型的計(jì)算
[0025] 在計(jì)算過程中我們?cè)O(shè)出探頭本體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(dá)到平衡位置后，接收光纖8接收到的光纖強(qiáng)度的變化量為△ P，隔板 3距離探頭本體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(dòng)部2軸心的距 離為d，上葉片側(cè)面面積(轉(zhuǎn)動(dòng)部2-側(cè)隔板3的端面面積)SSi，下葉片側(cè)面面積(轉(zhuǎn)動(dòng)部2另 一側(cè)隔板3的端面面積)為&，上葉片長(zhǎng)度(圖1所示其中一個(gè)隔板3的長(zhǎng)度)為1^，下葉片長(zhǎng)度 (圖1所示另一個(gè)隔板3的長(zhǎng)度)SL 2，葉片偏轉(zhuǎn)角（隔板3的偏轉(zhuǎn)角度）Θ，小輪半徑(轉(zhuǎn)動(dòng)部2 的半徑)r2,小輪孔半徑(通孔22的半徑) ri。
[0026] 流體進(jìn)入時(shí)，由于壓力差，隔板產(chǎn)生不同的扭矩，其中Ti為流體產(chǎn)生的扭矩，T2為阻 礙扭矩得式(1)
[0027] Ti_T2 = d · F彈=kdx (1)
[0028] 可以求出X，又因?yàn)門= AP*T*L，變換得出（2)
[0029]
[0030] 從而可以求出變化量
[0031]
[0032]
[0033]
[0034] 所以可以計(jì)算出通光量的表達(dá)式為：
[0035]
[0036]
[0037]
[0039] Si = 50(Li-R2) S2 = 50(L2-R2) (8)[0040] 則可求出光強(qiáng)度變化量的表達(dá)式為：
[0038]
[0041]
[0042] 為便于計(jì)算，我們?nèi)∑渲蠷 = 5〇mm, ε = 1，e = 10mm，k = 100d = 40mm，Θ取值為〇~1 度，9 = (〇:〇.1:1)，由于0角很小山、1^、31、32可以近似認(rèn)為不變，則令3 1 = 2〇〇〇!11111，32 = 100〇111111丄1 = 6〇111111丄2 = 4〇1]1111，并畫出（么/：5、（^)曲線如圖4。當(dāng)兩側(cè)壓強(qiáng)差為0時(shí)，接收的光通 量為0,此時(shí)葉片（隔板3)處于起始位置。而隨著兩側(cè)壓強(qiáng)差的增加時(shí)，葉片平衡被打破實(shí)現(xiàn) 偏轉(zhuǎn)，光通量隨之改變，并具有良好的線性關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，包括探頭本體（1)，其特征在于:探頭本體（1)為 具有圓筒形內(nèi)腔的殼體結(jié)構(gòu)，探頭本體（1)的內(nèi)腔由設(shè)置于探頭本體（1)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部(2)和 設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)部(2)相對(duì)兩側(cè)的隔板(3)分隔為兩個(gè)檢測(cè)腔，隔板(3)能隨轉(zhuǎn)動(dòng)部(2)在探頭本 體(1)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)檢測(cè)腔均對(duì)應(yīng)設(shè)置有檢測(cè)流體入口（4)，檢測(cè)流體入口（4)處還對(duì)應(yīng)設(shè)置 有濾網(wǎng)(41)，其中一個(gè)隔板(3)的一側(cè)設(shè)置有阻尼彈簧(5)，探頭本體(1)的內(nèi)壁處設(shè)置有凸 點(diǎn)（11)，所述阻尼彈簧(5)的一端固定于該凸點(diǎn)（11)上，另一端固定于該隔板(3)上，沿轉(zhuǎn)動(dòng) 部(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心開設(shè)有通孔(22)，通孔(22)內(nèi)固定設(shè)置有遮光片(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于:轉(zhuǎn)動(dòng)部（2)對(duì) 應(yīng)隔板(3)的位置設(shè)置有滑槽(21)，隔板(3)的一端均滑動(dòng)設(shè)置于所對(duì)應(yīng)的滑槽(21)內(nèi)，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)的另一端頂緊至探頭本體(1) 的內(nèi)壁處，且隔板(3)與探頭本體(1)的內(nèi)壁間滑動(dòng)密封。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于：自由狀態(tài)下， 即兩個(gè)檢測(cè)腔內(nèi)沒有流體流入或兩檢測(cè)腔內(nèi)流體壓強(qiáng)相同時(shí)，阻尼彈簧(5)的形變?yōu)榱悖?阻尼彈簧(5)與所對(duì)應(yīng)隔板(3)相垂直。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于:初始狀態(tài)下， 轉(zhuǎn)動(dòng)部(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線和探頭本體(1)內(nèi)腔的中心線均與隔板(3)處于同一平面。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種光纖差壓傳感器探頭殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于:探頭本體（1) 采用扁平的筒形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01L19/14GK205655955SQ201620498985
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日 公開號(hào)201620498985.X, CN 201620498985, CN 205655955 U, CN 205655955U, CN-U-205655955, CN201620498985, CN201620498985.X, CN205655955 U, CN205655955U
【發(fā)明人】胡浩, 王錚, 孫澤坤, 粟杰, 鐘麗瓊
【申請(qǐng)人】貴州大學(xué)