[發(fā)明專利]一種結(jié)合能量轉(zhuǎn)換型傳感器和光纖的遠(yuǎn)距離傳感裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410009593.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN103712640A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張萍;趙建林;張哲民;原輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢普瑞奇機(jī)電設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/56
• 分類號(hào): G01D5/56
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)合能量轉(zhuǎn)換型傳感器和光纖的遠(yuǎn)距離傳感裝置，用于特殊遠(yuǎn)距離場合的無源傳感檢測。?

背景技術(shù)

從能量轉(zhuǎn)換的角度劃分，傳感器有能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型兩種。能量轉(zhuǎn)換型傳感器，主要由能量變換元件構(gòu)成，它不需要外電源，如基于壓電效應(yīng)、?熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等等機(jī)制設(shè)計(jì)的傳感器等的傳感器都屬于此類傳感器。能量轉(zhuǎn)換型傳感器是能夠?qū)⒈粶y量的能量直接轉(zhuǎn)換為輸出的能量，如電流、電壓等。?

在很多應(yīng)用現(xiàn)場比較特殊的場合，要求傳感裝置能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、現(xiàn)場無源檢測。比如野外沒有供電，一般用太陽能和電池供電，但其長期可靠性存在問題，受天氣環(huán)境影響比較大；而且野外如果通過電纜或者無線發(fā)送數(shù)據(jù)回來的話，需要在現(xiàn)場有供電，而且容易受電磁干擾。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)一些特殊場合下的檢測需求，如現(xiàn)場無電源供電，被測點(diǎn)離主機(jī)房比較遠(yuǎn)等，提供一種能夠在被測現(xiàn)場不需要電源供電，工作距離比較遠(yuǎn)的傳感裝置。?

本發(fā)明的技術(shù)方案：按照特殊應(yīng)用場合要求，工作距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場無源、防電磁干擾、適用性強(qiáng)等，許多現(xiàn)有能量轉(zhuǎn)換型傳感器只要稍作設(shè)計(jì)，就可以滿足這些要求。?

一種結(jié)合能量轉(zhuǎn)化型傳感器和光纖的遠(yuǎn)距離傳感器，包括傳感頭、主機(jī)、連接光纜三個(gè)部分。?

傳感頭包含電流、或電壓輸出的能量轉(zhuǎn)換型傳感器，電光轉(zhuǎn)換單元；主機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)分析和處理單元；連接光纜用來將距離比較遠(yuǎn)的傳感頭和主機(jī)二者聯(lián)通，使得光信號(hào)能夠傳輸回主機(jī)。能量轉(zhuǎn)換型傳感器在感知物理量變化時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電流輸出，其輸出電流用來驅(qū)動(dòng)電光轉(zhuǎn)換單元；電光轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的光信號(hào)通過光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，然后在機(jī)房內(nèi)通過光電轉(zhuǎn)換單元將光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)分析，解析出所測物理量。?

傳感頭內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換型傳感器基于壓電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)或者其它效應(yīng)，能夠在無供電條件下通過感應(yīng)被測物理量爾產(chǎn)生電流或電壓信號(hào)，感知物理量變化時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電流輸出，其輸出電流用來驅(qū)動(dòng)電光轉(zhuǎn)換單元。有許多傳感器在感知外界變化后產(chǎn)生的不是電流信號(hào)而是電壓信號(hào)，如基于傳感材料壓電效應(yīng)的傳感器，其直接輸出量為電壓，此時(shí)只需要設(shè)計(jì)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電流的電路，就可以用來驅(qū)動(dòng)電光轉(zhuǎn)換單元。?

傳感頭內(nèi)電光轉(zhuǎn)換單元的作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的光信號(hào)。一般采用電流驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括LED、VCSEL?或者半導(dǎo)體激光器LD等。根據(jù)產(chǎn)生的電流信號(hào)的強(qiáng)度不同，可以選用不同的發(fā)光器件，該發(fā)光器件產(chǎn)生的光信號(hào)與流過的電流有對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且該光信號(hào)可以耦合進(jìn)光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。LED的特點(diǎn)是光信號(hào)與電流信號(hào)基本是線性關(guān)系，可以承受更大的電流，但轉(zhuǎn)換效率比較低；而且一般在850nm波段，只能用多模光纖進(jìn)行耦合，傳輸距離在幾百米范圍內(nèi)。VCSEL有850nm波長的，也有1300nm和1550nm波段的，可以承受的電流范圍比較小，輸出的功率范圍也比較小，但電光轉(zhuǎn)換的效率比較高。LD激光器的轉(zhuǎn)換效率和可承受的范圍都比較高，可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)的傳輸距離，一般1310nm和1550nm的用得多一些。其特點(diǎn)是一般有幾個(gè)mA的閾值，超過這個(gè)閾值后才能有比較高的光功率輸出。?

與不同發(fā)光器件配套會(huì)有不同的驅(qū)動(dòng)電路，以保證電流信號(hào)能夠正常的驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件工作。?

產(chǎn)生的光信號(hào)通過連接光纜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，所采用的連接光纜根據(jù)光源和距離不同會(huì)有所不同。如果用LED作為發(fā)光器件，則一般采用多模光纖。VCSEL根據(jù)波長不同可以選用單模或者多模光纖，850nm的一般用多模光纖，1300nm和1550nm的一般用單模光纖。LD常用都是采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。因?yàn)槭情L距離傳輸，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境對(duì)光纖有不同的保護(hù)方式。有的要防水、有的要防外界破壞、有的要求絕緣，可以根據(jù)不同環(huán)境要求選用不同的光纜。?

主機(jī)內(nèi)光電轉(zhuǎn)換單元包含探測器和信號(hào)放大部分，探測器可以是PIN光電二極管光探測器件、或APD光探測器件。探測器采用與光源波長對(duì)應(yīng)的材料。如果是850nm的一般采用GaAs探測器，如果是1300nm或者1550nm的一般采用InGaAs探測器。因?yàn)樾盘?hào)一般比較弱，探測器后面接小信號(hào)放大電路，將信號(hào)放大后通過電線傳給信號(hào)分析和處理單元。?

信號(hào)分析和處理單元對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行去噪后，根據(jù)傳感器的不同原理用不同的算法計(jì)算出對(duì)應(yīng)的被測量。?