[發(fā)明專利]一種差壓傳感方法及其傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310537492.3
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103557985A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡浩;鐘麗瓊;周潛;張大斌;曹陽
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué)
• 主分類號: G01L13/00
• 分類號: G01L13/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及差壓傳感方法及其傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

差壓傳感器DPS（Differential?Pressure?Sensor）是一種用來測量兩個壓力之間差值的傳感器，通常用于測量某一設(shè)備或部件前后兩端的壓差。近年來，差壓傳感器在微流量測量、泄露測試、潔凈間監(jiān)測、環(huán)境密封性檢測、氣體流量測量、液位高低測量等許多高精度測量場合都有著廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)今國內(nèi)外對差壓傳感器的研究主要集中于傳統(tǒng)的壓阻式差壓傳感器與電容式差壓傳感器。壓阻式差壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單，工作端面平整，但其靈敏度與頻率響應(yīng)之間存在著比較突出的矛盾，且溫度對此種傳感器的性能影響也比較大。電容式傳感器靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)特性好，抗過載能力強(qiáng)，但它存在寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響，以及與傳感器連接的電路比較復(fù)雜等缺點，影響到它的應(yīng)用可靠性，因此限制了它的廣泛應(yīng)用。正是由于傳統(tǒng)差壓傳感器的諸多不足，國內(nèi)外開始對一些新型的差壓傳感器進(jìn)行了研究，董國強(qiáng)等對利用磁性液體的一種微差壓傳感器進(jìn)行了研究，依靠磁性液體在壓力作用下的位移過程產(chǎn)生電信號，來實現(xiàn)對壓力的檢測，其在應(yīng)用中具有局限性；臺灣的Hao-Jan?Sheng等、美國的Jose.L.A.V等人各自提出了一種基于布拉格光柵的光纖差壓傳感器結(jié)構(gòu)，這種光纖光柵差壓傳感器的靈敏度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本很高，不利于推廣。而強(qiáng)度調(diào)制作為光纖傳感器技術(shù)中用得最廣泛的一種調(diào)制方法，得到了一些學(xué)者的研究?，但對基于強(qiáng)度調(diào)制的光纖差壓傳感器的研究文獻(xiàn)很少，日本的Seiichiro?Kinugasa提出了一種反射式光纖差壓傳感器的構(gòu)思，利用反射面與光纖距離的變化來檢測外部壓力差的情況；佟成國等設(shè)計了一種雙C型彈簧管的光纖差壓傳感器，依據(jù)強(qiáng)度調(diào)制原理在兩個雙C型彈簧管內(nèi)對壓差進(jìn)行檢測。

但現(xiàn)有技術(shù)依然沒有解決傳感器的實現(xiàn)、探頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性、反射面的工作狀態(tài)、誤差的補償?shù)仍S多關(guān)鍵因素帶來的問題，因此現(xiàn)有技術(shù)中該類傳感器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且性能不夠可靠，加工制造成本也很高，而且通常體積大，十分沉重，使用起來不方便，還存在很大的改進(jìn)空間。這是現(xiàn)有技術(shù)存在的第一個技術(shù)問題。

另外，傳感器探頭在工作中要穩(wěn)定可靠，不易受到外界碰撞、振動等因素的干擾，同時為了保護(hù)探頭內(nèi)的敏感元件、避免由于探頭本身結(jié)構(gòu)的差異帶來的誤差，必須對探頭進(jìn)行封裝，而傳感器探頭的封裝，這是現(xiàn)有技術(shù)存在的第二個技術(shù)問題。

對于強(qiáng)度調(diào)制原理的反射式光纖差壓傳感器而言，不同探頭的輸出光強(qiáng)度勢必會受到背景光、光纖長度、光纖彎曲度、耦合器件等影響，從而使檢測結(jié)果存在較大誤差，這是現(xiàn)有技術(shù)存在的第三個技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的三個問題，必須從傳感器探頭結(jié)構(gòu)、傳感器封裝以及探頭輸出光的光強(qiáng)度補償著手。為此，可以從以下三個方面來實現(xiàn)這樣的目的。

為解決傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能不夠可靠、以及加工成本高和體積質(zhì)量大等問題，擬采用這樣的一種差壓傳感方法及其傳感器，這種傳感方法的要點在于，它通過用于衡量被測物產(chǎn)生壓力的檢測流體（如液壓油）來進(jìn)行傳感，使這種檢測流體產(chǎn)生的壓力去沖擊一塊彈性膜片的其中一面，使彈性膜片發(fā)生變形；彈性膜片的另一面用入射光纖中的窄譜激光照射，并用接收光纖來接收反射光；這樣，當(dāng)彈性膜片發(fā)生變形后，由于反射角度發(fā)生變化，反射光隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致接收光纖的輸出光強(qiáng)度就會隨之發(fā)生變化，這樣通過檢測出接收光纖輸出光強(qiáng)的變化量來判斷檢測流體對彈性膜片造成的壓力變化量。這樣，就可以通過便于測量的光強(qiáng)變化，來判斷不易測量的壓力變化，從而確定不同的被測物的壓力差值，實現(xiàn)差壓傳感的目的。

作為一種優(yōu)選方式，檢測流體通過流入一個檢測腔的方式對彈性膜片產(chǎn)生壓力，彈性膜片設(shè)置在檢測腔中并在檢測腔中檢測流體流入的方向形成封閉的屏障。檢測腔是封閉的，但在面向被測物的方向設(shè)有一個開口，當(dāng)檢測流體從檢測腔的開口涌入檢測腔，就會對檢測腔中的彈性膜片產(chǎn)生液體壓力，從而造成彈性膜片的變形。當(dāng)腔內(nèi)的介質(zhì)環(huán)境改變時，彈性膜片會由于受到壓力而產(chǎn)生變形，最好是檢測腔內(nèi)的介質(zhì)是處于一種均勻分布的情況，因此其對整個薄膜的表面就會產(chǎn)生一個均勻分布的載荷。采用這樣一個檢測腔，可以使檢測流體產(chǎn)生的液體壓力均勻而準(zhǔn)確地使彈性膜片產(chǎn)生變形，提高檢測傳感的精度。