一种全光学流速传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种全光学流速传感器。LED光源，发射可见光；微纳光纤，置于气体流场中，感应来自气体流场中气体流动产生的力，从LED光源接收可见光后传导到CMOS图像传感器；CMOS图像传感器，接收从述微纳光纤出射的可见光形成带有光斑的成像；处理器，接收来自CMOS图像传感器的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。本发明专利技术通过气体流场带动微纳光纤产生弯曲从而使微纳光纤中的出射光斑在CMOS图像传感器表面发射位移变化，通过位移变化与流速的关联实现流速测量，相比于传统的流速传感器具有更低的成本和更高的灵敏度及分辨率。高的灵敏度及分辨率。高的灵敏度及分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种全光学流速传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
的一种流速传感器，尤其涉及了一种全光学流速传感器。

技术介绍

[0002]相比于传统的流速传感器，如热线风速计、旋转叶片流量计和超声波涡流流量计，基于光纤方案的流速传感器具有更大的优势。采用光纤或者微纳光纤作为悬臂，依靠测量光纤本身对流体产生的阻力的反作用力标定出流速大小。微纳光纤因其微米级的直径而在流速感应方面具有较高的灵敏度，通过在微纳光纤中导入光能量，测量出射光斑的位移即可精确测量流速的大小。
[0003]尽管基于纯光学方法特别是光纤方案的气流传感器在灵敏度和精度上具有独特的优势，而现有基于光纤与光纤耦合的方案在走向实用方面仍然存在遇到封装方面的障碍，特别是光纤解调仪的大尺寸劣势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种全光学流速传感器，可利用微纳光纤在气流中的摆动实现高灵敏度的流速测量，同时降低流速传感器的成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：
[0006]本专利技术包括微纳光纤、CMOS图像传感器、LED光源和处理器；
[0007]所述LED光源，用于发射可见光；
[0008]所述微纳光纤，置于气体流场中，用于感应来自气体流场中气体流动产生的力，同时用于从LED光源接收可见光后传导到CMOS图像传感器；
[0009]所述CMOS图像传感器，用于接收从述微纳光纤出射的可见光形成带有光斑的成像；
[0010]所述处理器，用于接收来自CMOS图像传感器的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。
[0011]所述微纳光纤固定并悬垂于CMOS图像传感器上方；
[0012]所述微纳光纤较粗的一端靠近LED光源，用于耦合接收LED光源发出的可见光的光能量；
[0013]所述微纳光纤较细的一端靠近CMOS图像传感器光敏面并将可见光的光能量传导到CMOS图像传感器表面。
[0014]所述LED光源与所述CMOS图像传感器之间光线隔离，LED光源发出的可见光不能直接到达CMOS图像传感器表面。
[0015]所述微纳光纤的两端分别连接光源和光探测器。
[0016]所述的气体流场包括气室，气室内底面布置CMOS图像传感器，微纳光纤从上往下伸入到气室内，气室的两侧开设进气孔和出气孔。
[0017]所述的微纳光纤较粗的一端朝上穿出气室正对布置于LED光源，微纳光纤较细的一端朝下伸入到气室内后位于CMOS图像传感器上面。
[0018]所述微纳光纤置于气体流场中的结构为微纳光纤的锥型区，所述锥型区较粗的一端靠近LED光源并耦合接收可见光，较细的一端将可见光出射传导到CMOS图像传感器上；
[0019]所述全光学流速传感器还包括光源驱动电路、图像传感器驱动电路和信号读出电路；
[0020]所述光源驱动电路，与LED光源连接，用于驱动LED光源发光；
[0021]所述图像传感器驱动电路，用于驱动CMOS图像传感器的工作；
[0022]所述信号读出电路，用于将CMOS图像传感器图像信号进行格式转换和图像输出。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术以微纳光纤为基础，提出了微纳光纤与CMOS图像传感器结合的纯光学测流方案，利用CMOS图像传感器高像素分辨的优势，在无需实现光纤之间耦合的情况下利用微纳光纤出射光斑的位移测定流速，提高了灵敏度，降低了成本。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术一实施例提供的全光学流速传感器的结构示意图；
[0027]图2为微纳光纤在CMOS图像传感器上的成像图；
[0028]图3为微纳光纤在15mL/min的流速场中的测试结果图；
[0029]图4为微纳光纤在100mL/min的流速场中的测试结果图；
[0030]图5为微纳光纤在0
‑
200mL/min的流速场中的标定曲线图。
[0031]图中：CMOS图像传感器(10)、微纳光纤(20)、LED光源(30)、气室(40)、进气孔(50)、出气孔(60)。
具体实施方式
[0032]为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本明实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]如图1所示，具体实施包括微纳光纤20、CMOS图像传感器10、LED光源30和处理器；
[0034]LED光源30，用于发射可见光；光源可为任意可发射可见光的光源。
[0035]微纳光纤20，置于气体流场中，用作流速感应部件，具体是用于感应来自气体流场中气体流动产生的力，同时用于从LED光源30接收可见光后传导光能量到CMOS图像传感器10；
[0036]CMOS图像传感器10，用于接收从述微纳光纤20出射的可见光形成带有光斑的成像；
[0037]处理器，和CMOS图像传感器10电连接，用于接收来自CMOS图像传感器10的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。
[0038]微纳光纤20固定并悬垂于CMOS图像传感器10上方；微纳光纤20的两端分别连接光源和光探测器。
[0039]微纳光纤20较粗的一端靠近LED光源30，用于耦合接收LED光源30发出的可见光的光能量；微纳光纤20粗的一端具有足够大的直径耦合LED光源30的光能量。微纳光纤20较细的一端靠近CMOS图像传感器10光敏面并将可见光的光能量传导到CMOS图像传感器10表面。
[0040]具体实施中，微纳光纤20固定于CMOS图像传感器10上方并形成悬臂，且足够靠近CMOS图像传感器10表面。
[0041]LED光源30与CMOS图像传感器10之间光线隔离，LED光源30发出的可见光不能直接到达CMOS图像传感器10表面。
[0042]气体流场包括气室40，气室40用于气流进出和隔绝外部光线，气室40内底面布置CMOS图像传感器10，微纳光纤20从上往下伸入到气室40内，气室40的两侧开设进气孔50和出气孔60，进气孔50和出气孔60用于气体的流入和流出。微纳光纤20较粗的一端朝上穿出气室40正对布置于LED光源30，微纳光纤20较细的一端朝下伸入到气室40内后位于CMOS图像传感器10上面。
[0043]微纳光纤20置于气体流场中的结构为微纳光纤的锥型区，锥型区的一端较粗另一端较细，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全光学流速传感器，其特征在于，包括微纳光纤(20)、CMOS图像传感器(10)、LED光源(30)和处理器；所述LED光源(30)，用于发射可见光；所述微纳光纤(20)，置于气体流场中，用于感应来自气体流场中气体流动产生的力，同时用于从LED光源(30)接收可见光后传导到CMOS图像传感器(10)；所述CMOS图像传感器(10)，用于接收从述微纳光纤(20)出射的可见光形成带有光斑的成像；所述处理器，用于接收来自CMOS图像传感器(10)的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。2.根据权利要求1所述的一种全光学流速传感器，其特征在于，所述微纳光纤(20)固定并悬垂于CMOS图像传感器(10)上方；所述微纳光纤(20)较粗的一端靠近LED光源(30)，用于耦合接收LED光源(30)发出的可见光的光能量；所述微纳光纤(20)较细的一端靠近CMOS图像传感器(10)光敏面并将可见光的光能量传导到CMOS图像传感器(10)表面。3.根据权利要求1所述的一种全光学流速传感器，其特征在于，所述LED光源(30)与所述CMOS图像传感器(10)之间光线隔离，LED光源(30)发出的可见光不能直接到达CMOS图像传感器(10)表面。4.根据权利要求1所述的一种全光学流速传感器，其特征在于：所述微纳光纤(20)的两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱利滨，王镝，姚妮，郑绪彬，崔瑶轩，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：