一種單光纖束流量傳感器探頭及其檢測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種單光纖束流量傳感器探頭及其檢測(cè)方法，傳感器探頭包括活塞缸和檢測(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)置彈簧和活塞桿，兩端的端蓋上均開設(shè)有通孔，活塞桿的一端固定于活塞上，另一端密封滑動(dòng)設(shè)置于通孔內(nèi)，且其中一個(gè)通孔內(nèi)的活塞桿的端部固定有反光部件，該反光部件對(duì)應(yīng)置有光纖檢測(cè)端，檢測(cè)箱與活塞兩側(cè)的腔室分別通過一個(gè)流體通路相連通，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)。以解決現(xiàn)有流量傳感器探頭多采用傳統(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題。本發(fā)明專利技術(shù)屬于流量檢測(cè)領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種單光纖束流量傳感器探頭及其檢測(cè)方法
本專利技術(shù)涉及一種流量傳感器探頭，屬于流量傳感監(jiān)測(cè)

技術(shù)介紹
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，常常要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(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。本專利技術(shù)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)思路
本專利技術(shù)的目的在于：提供一種單光纖束流量傳感器探頭及其檢測(cè)方法，以解決現(xiàn)有流量傳感器探頭多采用傳統(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題。本專利技術(shù)的方案如下：一種單光纖束流量傳感器探頭，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)置彈簧和活塞桿，彈簧的一端固定于活塞上，另一端固定于端蓋上，所述兩端的端蓋上均開設(shè)有通孔，活塞桿的一端固定于活塞上，另一端密封滑動(dòng)設(shè)置于通孔內(nèi)，即活塞桿與通孔之間為滑動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，例如，活塞桿的外側(cè)設(shè)置有密封圈，通過密封圈實(shí)現(xiàn)與通孔內(nèi)壁之間的密封，防止流體流入反光部件與光纖檢測(cè)端之間，且其中一個(gè)通孔內(nèi)的活塞桿的端部固定有反光部件，該通孔的另一端還設(shè)置有光纖檢測(cè)端，光纖檢測(cè)端與該活塞桿之間的通孔的側(cè)壁上還開設(shè)有與探頭外部相連通的通氣孔，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)，通過出射光纖所接收信號(hào)的強(qiáng)弱即可判斷反光部件與光纖檢測(cè)端之間距離的變化，從而推算活塞的滑動(dòng)距離，即可進(jìn)一步推算出進(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，即通過該傳感器檢測(cè)出流體流量等信息。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)為初始位置，此時(shí)，活塞兩側(cè)的彈簧均處于自然狀態(tài)，即彈簧無拉伸與壓縮形變；為保證光纖探頭的傳感效果，檢測(cè)更為精準(zhǔn)，兩個(gè)通孔均開設(shè)在所在端蓋的正中心位置，兩個(gè)通孔、活塞及兩個(gè)活塞桿均同軸設(shè)置，反光部件與光纖檢測(cè)端垂直設(shè)置，反光部件為反光鏡或反光片，活塞與活塞缸的內(nèi)壁之間設(shè)置有活塞密封圈，以防止活塞兩側(cè)的流體互相滲入；作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述光纖檢測(cè)端通過螺紋旋緊固定于通孔內(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)。利用上述傳感器探頭檢測(cè)流體流量的方法，包括：若檢測(cè)箱內(nèi)無被測(cè)流體流動(dòng)，則活塞缸中活塞兩側(cè)腔室內(nèi)的流體壓力是相同的，活塞保持初始位置不變，光纖檢測(cè)端檢測(cè)到兩腔室壓差為零；若檢測(cè)箱內(nèi)有被測(cè)流體流動(dòng)，啟動(dòng)氣源吹氣形成氣流，則被測(cè)流體與氣流在檢測(cè)箱內(nèi)發(fā)生相互作用，使得被測(cè)流體和氣流的初始動(dòng)量發(fā)生改變，流體在檢測(cè)箱內(nèi)發(fā)生偏移，以致進(jìn)入活塞缸的混合流體在活塞的兩側(cè)形成壓強(qiáng)差，活塞在兩個(gè)流體檢測(cè)腔壓差的作用下，向低壓一側(cè)滑移，并通過信號(hào)處理得出壓差值，再建立動(dòng)量壓差數(shù)學(xué)模型，推算得出流體動(dòng)量；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Vs，被測(cè)流體的速度為V，其中Vs是由氣源發(fā)射出來的氣流速度，為已知量，活塞兩端壓強(qiáng)差與兩個(gè)流體的動(dòng)量Ms/M有關(guān)，其中M為被測(cè)流體動(dòng)量，Ms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3所述。氣源的噴氣方向與檢測(cè)箱內(nèi)流體的流通方向相垂直。本專利技術(shù)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，該傳感器探頭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)新型流量傳感器探頭的設(shè)計(jì)與推廣起到了極大的推動(dòng)作用。同時(shí)，該差壓傳感器探頭采用活塞式結(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，使得傳感器探頭的可靠性、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；傳感器探頭的強(qiáng)度補(bǔ)償原理更為簡(jiǎn)單，實(shí)用性更強(qiáng)。附圖說明圖1是該傳感器探頭結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是檢測(cè)原理圖；圖3是流體動(dòng)量與活塞兩邊壓強(qiáng)差的關(guān)系。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)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)本專利技術(shù)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)施例提供一種單光纖束流量傳感器探頭，包括活塞缸1和設(shè)置于活塞缸1一側(cè)的檢測(cè)箱2，活塞缸1的兩端分別由端蓋3封閉，端蓋3為橡膠塞，活塞缸1內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞4，活塞4的材質(zhì)為硬質(zhì)合金，活塞4與活塞缸1的內(nèi)壁之間設(shè)置有活塞密封圈41，活塞4與兩端的端蓋3之間均設(shè)置彈簧5和活塞桿6，彈簧5的一端固定于活塞4上，另一端固定于端蓋3上，活塞4兩側(cè)的彈簧5對(duì)稱設(shè)置，且活塞4兩側(cè)的彈簧5的結(jié)構(gòu)及規(guī)格均完全相同，活塞4位于兩端端蓋3的正中央位置時(shí)為初始位置，此時(shí)，活塞4兩側(cè)的彈簧5均處于自然狀態(tài)，即彈簧無拉伸與壓縮形變，所述兩端的端蓋3上均開設(shè)有通孔7，活塞桿6的一端固定于活塞4上，另一端密封滑動(dòng)設(shè)置于通孔7內(nèi)，兩個(gè)通孔7均開設(shè)在所在端蓋3的正中心位置，兩個(gè)通孔7、活塞4及兩個(gè)活塞桿6均同軸設(shè)置，其中一個(gè)通孔7內(nèi)的活塞桿6的端部固定有反光部件8，反光部件8與光纖檢測(cè)端9垂直設(shè)置，反光部件8為反光鏡或反光片，該通孔7的另一端還設(shè)置有光纖檢測(cè)端9，光纖檢測(cè)端9的一端通過螺紋旋緊固定于通孔7內(nèi)，光纖檢測(cè)端9與該活塞桿6之間的通孔7的側(cè)壁上還開設(shè)有與探頭外部相連通的通氣孔71，光纖檢測(cè)端9的光纖束由入射光纖和出射光纖91集合鎧裝而成，光纖檢測(cè)端9的出射光纖91與光電轉(zhuǎn)換器相連，光電轉(zhuǎn)換器與信號(hào)處理器相連，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)，光纖的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單光纖束流量傳感器探頭，其特征在于：包括活塞缸(1)和設(shè)置于活塞缸(1)一側(cè)的檢測(cè)箱(2)，活塞缸(1)的兩端分別由端蓋(3)封閉，活塞缸(1)內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞(4)，活塞(4)與兩端的端蓋(3)之間均設(shè)置彈簧(5)和活塞桿(6)，彈簧(5)的一端固定于活塞(4)上，另一端固定于端蓋(3)上，所述兩端的端蓋(3)上均開設(shè)有通孔(7)，活塞桿(6)的一端固定于活塞(4)上，另一端密封滑動(dòng)設(shè)置于通孔(7)內(nèi)，且其中一個(gè)通孔(7)內(nèi)的活塞桿(6)的端部固定有反光部件(8)，該通孔(7)的另一端還設(shè)置有光纖檢測(cè)端(9)，光纖檢測(cè)端(9)的光纖束由入射光纖和出射光纖(91)集合鎧裝而成，光纖檢測(cè)端(9)與該活塞桿(6)之間的通孔(7)的側(cè)壁上還開設(shè)有與探頭外部相連通的通氣孔(71)；檢測(cè)箱(2)上具有流體入口(21)和流體出口(22)以使流體流經(jīng)檢測(cè)箱(2)的內(nèi)部，檢測(cè)箱(2)與活塞缸(1)中活塞(4)兩側(cè)的腔室分別通過一個(gè)流體通路(23)相連通，還包括氣源(24)，氣源(24)的供氣方向指向兩個(gè)流體通路(23)的中間位置，且流體通路(23)和氣源(24)分別設(shè)置于流體在檢測(cè)箱(2)內(nèi)部流通路徑的相對(duì)兩側(cè)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種單光纖束流量傳感器探頭，其特征在于：包括活塞缸(1)和設(shè)置于活塞缸(1)一側(cè)的檢測(cè)箱(2)，活塞缸(1)的兩端分別由端蓋(3)封閉，活塞缸(1)內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞(4)，活塞(4)與兩端的端蓋(3)之間均設(shè)置彈簧(5)和活塞桿(6)，彈簧(5)的一端固定于活塞(4)上，另一端固定于端蓋(3)上，所述兩端的端蓋(3)上均開設(shè)有通孔(7)，活塞桿(6)的一端固定于活塞(4)上，另一端密封滑動(dòng)設(shè)置于通孔(7)內(nèi)，且其中一個(gè)通孔(7)內(nèi)的活塞桿(6)的端部固定有反光部件(8)，該通孔(7)的另一端還設(shè)置有光纖檢測(cè)端(9)，光纖檢測(cè)端(9)的光纖束由入射光纖和出射光纖(91)集合鎧裝而成，光纖檢測(cè)端(9)與該活塞桿(6)之間的通孔(7)的側(cè)壁上還開設(shè)有與探頭外部相連通的通氣孔(71)；檢測(cè)箱(2)上具有流體入口(21)和流體出口(22)以使流體流經(jīng)檢測(cè)箱(2)的內(nèi)部，檢測(cè)箱(2)與活塞缸(1)中活塞(4)兩側(cè)的腔室分別通過一個(gè)流體通路(23)相連通，還包括氣源(24)，氣源(24)的供氣方向指向兩個(gè)流體通路(23)的中間位置，且流體通路(23)和氣源(24)分別設(shè)置于流體在檢測(cè)箱(2)內(nèi)部流通路徑的相對(duì)兩側(cè)，氣源(24)的噴氣方向與檢測(cè)箱(2)內(nèi)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘麗瓊，胡浩，姜云，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：貴州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：貴州;52