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一种齿轮式光纤流量传感器制造技术

技术编号:24632443 阅读:52 留言:0更新日期:2020-06-24 12:54
本实用新型专利技术提供一种齿轮式光纤流量传感器,该传感器具有较小的结构、较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性等,该传感器能适用于众多流体流量检测场合,将齿轮杆结构与光电传感原理相结合地应用于流量检测领域,输出信号经光电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化,现对于传统的动力测量方式,能够十分明显的提高检测灵敏度,具有十分重要的实际应用价值,对新型流量传感器的设计与推广起到了极大的推动作用。属于流量检测领域。

A gear type optical fiber flow sensor

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮式光纤流量传感器
本技术涉及一种齿轮式光纤流量传感器,属于流量检测领域。
技术介绍
现代工业生产尤其是自动化生产过程中,常常要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。传感器也早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。本技术是众多类别的传感器之一——流量传感器。随着传感器技术的发展,目前已经出现多种多样的流量传感器,最常用的有叶片式、涡街式、卡门涡旋式、热线式等。但是,诸如叶片式、涡街式、卡门涡旋式、热线式等传感器,原理多采用传统的动力测量方式,拥有测量精度不高、耗能大等局限,在很多场合不能很好地胜任。
技术实现思路
本技术提供一种齿轮式光纤流量传感器,以解决现有流量传感器多采用传统的动力测量方式,拥有测量精度不高、耗能大等局限,在很多场合不能很好地胜任的问题。为解决上述问题,拟采用这样一种齿轮式光纤流量传感器,包括传感器探头、光电转换器和信号处理器,传感器探头包括空心壳体、齿轮轴、转轴和摆杆,所述齿轮轴和转轴均沿横向转动设置于空心壳体内,齿轮轴和转轴上分别套设固定有从动齿轮和主动齿轮,且从动齿轮与主动齿轮相啮合,摆杆的一端固定于主动齿轮上,另一端伸至空心壳体的外部,且位于空心壳体外部的摆杆的端部固定有流体冲击板,位于摆杆引出端的空心壳体为敞口式结构,且空心壳体与摆杆之间通过波纹式软质防水布密封连接,可采用波纹式的橡胶布,从而实现空心壳体开口处的密封,且采用可以展开的波纹式结构,不影响摆杆的摆动,只要波纹式软质防水布的重量和柔软度等参数适中,摆杆的阻力可忽略不计,所述齿轮轴为空心轴杆,齿轮轴内垂直于轴向固定有半圆形遮光片,半圆形遮光片的直径与齿轮轴的内径相同,齿轮轴的两端同轴并相互指向地设置有入射光纤和出射光纤,入射光纤和出射光纤的横截面均为与半圆形遮光片的尺寸相同的半圆形结构,且入射光纤和出射光纤正对设置,入射光纤的另一端设置有光源用以耦合入射光,出射光纤的另一端与光电转换器相连,光电转换器与信号处理器相连。前述传感器中,所述摆杆自然下垂状态下,入射光纤、出射光纤以及半圆形遮光片尚未遮挡的半圆形透光区正对设置。前述传感器中,所述齿轮轴和转轴的两端均通过轴承转动固定于空心壳体内。与现有技术相比,本技术经过结构设计、理论研究与实验分析可知,该传感器具有较小的结构、较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性,该传感器能适用于众多流体流量检测场合,将齿轮杆结构与光电传感原理相结合地应用于流量检测领域,输出信号经光电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化,现对于传统的动力测量方式,能够十分明显的提高检测灵敏度,具有十分重要的实际应用价值,对新型流量传感器的设计与推广起到了极大的推动作用。附图说明图1是本技术的主视结构示意图;图2是图1的侧视图;图3是摆杆处于竖向自然状态下(不摆动),入射光纤、半圆形遮光片和出射光纤的相对位置(角度)的结构示意图;图4是摆杆摆动θ角度后,出射光纤被半圆形遮光片的遮挡情况示意图(出射光纤的接收光强变化示意图);图5是流体冲击板摆动θ角度并稳定后,流体冲击板的受力分析图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本技术作进一步的详细说明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术,并不用于限定本技术。实施例参照图1至图5,本实施例提供一种齿轮式光纤流量传感器,包括传感器探头1、光电转换器2和信号处理器3,传感器探头1包括空心壳体11、齿轮轴12、转轴13和摆杆14,所述齿轮轴12和转轴13均沿横向转动设置于空心壳体11内,齿轮轴12和转轴13的两端均通过轴承22转动固定于空心壳体11内,齿轮轴12和转轴13上分别套设固定有从动齿轮15和主动齿轮16,且从动齿轮15与主动齿轮16相啮合,摆杆14的一端固定于主动齿轮16上,另一端伸至空心壳体11的外部,且位于空心壳体11外部的摆杆14的端部固定有流体冲击板17,位于摆杆14引出端的空心壳体11为敞口式结构,且空心壳体11与摆杆14之间通过波纹式软质防水布18密封连接,可采用波纹式的橡胶布,从而实现空心壳体11开口处的密封,且采用可以展开的波纹式结构,不影响摆杆14的摆动,只要波纹式软质防水布18的重量和柔软度等参数适中,摆杆14的阻力可忽略不计,所述齿轮轴12为空心轴杆,齿轮轴12内垂直于轴向固定有半圆形遮光片19,半圆形遮光片19的直径与齿轮轴12的内径相同,齿轮轴12的两端同轴并相互指向地设置有入射光纤20和出射光纤21,入射光纤20和出射光纤21的横截面均为与半圆形遮光片19的尺寸相同的半圆形结构,且入射光纤20和出射光纤21正对设置,摆杆14自然下垂状态下,入射光纤20、出射光纤21以及半圆形遮光片19尚未遮挡的半圆形透光区正对设置,入射光纤20的另一端设置有光源4用以耦合入射光,出射光纤21的另一端与光电转换器2相连,光电转换器2与信号处理器3相连。上述传感器进行光纤流量检测的方法如下:检测流体流量时,将该装置置于流体中,并使初始状态下沿竖向设置的流体冲击板17与流体流向相垂直,通过流体冲击流体冲击板17使其摆动,从而带动转轴13转动,进而通过齿轮传动带动齿轮轴12转动,使半圆形遮光片19转动并遮挡光纤路径,从而使输出光强度发生变化,参照附图3和4,通过检测出光强的变化量,即可推算出半圆形遮光片19的转动角度,即推算出流体冲击板17的摆动角度θ,通过受力平衡分析推算出流体冲击板17受到流体的冲击力F和冲击压强p,流体冲击板17受到的重力在法向上的分力与流体冲击板17受到流体的冲击力相同,流体冲击板17的重力及表面积已知,从而算出冲击力和冲击压强,从而由流体力学公式即可推算出流速的值,进而推算出流量值。具体推算过程如下:假设齿轮摆动杆受力板上受到流体的压力为P,流体流速为v,流体的密度为ρ,受力板的受力面积为SB,受力板的半径为r,根据流体力学有:式中:k为比例系数,SB=πr2。又因为流体流量为:Q=Av(2)式中A为流体流经的通流管道与齿轮摆动杆受力板之间形成的环隙通道面积,假设通流管道半径为R,则A=π(R2-r2),再把(1)式与(2)式合并,可整理为:又设流体冲击板的质量为m,在流体压力F作用下旋转了θ角度,其重力在法向的分量为:F1=mgsinθ(4)此时因为受力达到平衡,所以有:F=F1(5)即:P.πr2=mgsinθ所以旋转角度为:设光纤束端面半径为R1,由于齿轮摆动杆与齿轮轴会转动相同的角度,则有入射光纤束端面有效面积与出射光纤束接收端面有效面积为:所以传感器的光纤强度调制模型可表示为:又由(3)式可得:把(6)式、(9)式代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮式光纤流量传感器,其特征在于:包括传感器探头(1)、光电转换器(2)和信号处理器(3),传感器探头(1)包括空心壳体(11)、齿轮轴(12)、转轴(13)和摆杆(14),所述齿轮轴(12)和转轴(13)均沿横向转动设置于空心壳体(11)内,齿轮轴(12)和转轴(13)上分别套设固定有从动齿轮(15)和主动齿轮(16),且从动齿轮(15)与主动齿轮(16)相啮合,摆杆(14)的一端固定于主动齿轮(16)上,另一端伸至空心壳体(11)的外部,且位于空心壳体(11)外部的摆杆(14)的端部固定有流体冲击板(17),位于摆杆(14)引出端的空心壳体(11)为敞口式结构,且空心壳体(11)与摆杆(14)之间通过波纹式软质防水布(18)密封连接,实现空心壳体(11)开口处的密封,所述齿轮轴(12)为空心轴杆,齿轮轴(12)内垂直于轴向固定有半圆形遮光片(19),半圆形遮光片(19)的直径与齿轮轴(12)的内径相同,齿轮轴(12)的两端同轴并相互指向地设置有入射光纤(20)和出射光纤(21),入射光纤(20)和出射光纤(21)的横截面均为与半圆形遮光片(19)的尺寸相同的半圆形结构,且入射光纤(20)和出射光纤(21)正对设置,入射光纤(20)的另一端设置有光源(4)用以耦合入射光,出射光纤(21)的另一端与光电转换器(2)相连,光电转换器(2)与信号处理器(3)相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种齿轮式光纤流量传感器,其特征在于:包括传感器探头(1)、光电转换器(2)和信号处理器(3),传感器探头(1)包括空心壳体(11)、齿轮轴(12)、转轴(13)和摆杆(14),所述齿轮轴(12)和转轴(13)均沿横向转动设置于空心壳体(11)内,齿轮轴(12)和转轴(13)上分别套设固定有从动齿轮(15)和主动齿轮(16),且从动齿轮(15)与主动齿轮(16)相啮合,摆杆(14)的一端固定于主动齿轮(16)上,另一端伸至空心壳体(11)的外部,且位于空心壳体(11)外部的摆杆(14)的端部固定有流体冲击板(17),位于摆杆(14)引出端的空心壳体(11)为敞口式结构,且空心壳体(11)与摆杆(14)之间通过波纹式软质防水布(18)密封连接,实现空心壳体(11)开口处的密封,所述齿轮轴(12)为空心轴杆,齿轮轴(12)内垂直于轴向固定有半圆形遮光片(19),半圆形遮...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡浩钟丽琼
申请(专利权)人:贵阳学院
类型:新型
国别省市:贵州;52

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