一种相干光压力传感系统及压力测量方法技术方案

本发明专利技术属于光学压力传感器技术领域，提供了一种结构简单并且测量值与待测压力值之间符合线性关系的相干光压力传感系统及测量方法，包括：一用于承受待测压力并且固定设置的弹性膜片；一设于所述弹性膜片上方、用于向所述弹性膜片的上表面斜向发射相干光的光源；一传感模块，所述传感模块包括若干阵列形式排列的感应元，所述感应元与所述弹性膜片平行且与所述光源共面设置，所述感应元用于接收所述光源发出的相干光经所述弹性膜片反射后形成的反射光线，所述传感模块用于将接收到的光信号转化为电信号输出；以及一与所述传感模块电连接的控制电路，所述控制电路用于对所述传感模块输出的信号进行计算得出待测压力值。块输出的信号进行计算得出待测压力值。块输出的信号进行计算得出待测压力值。

【技术实现步骤摘要】
一种相干光压力传感系统及压力测量方法


[0001]本专利技术属于光学压力传感器
，尤其涉及一种相干光压力传感系统及测量方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，越来越多的行业如建筑、医疗、汽车等依赖压力传感器来监测和控制其应用，大量设备需依赖准确和稳定的压力测量才能可靠运行，因此对压力传感器的要求也越来越高。
[0003]压力传感器具有压阻式、电容式、MEMS(微机电系统)和光学等多种类型，其中光学压力传感器对压力的检测主要基于压力和光学信号之间的关系，比如光的强度、光的相位、光的波长等，具有抗辐射、非接触、没有漏电结等优点。
[0004]现有的光学压力传感器主要有两种结构，即法布里
‑
珀罗干涉仪(FBI)和光纤布拉格光栅(FBG)，但上述两种结构均存在结构复杂以及测量值与待测压力之间不符合线性关系的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单并且测量值与待测压力之间符合线性关系的相干光压力传感系统及测量方法。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种相干光压力传感系统，包括：
[0007]一用于承受待测压力并且固定设置的弹性膜片；
[0008]一设于所述弹性膜片上方、用于向所述弹性膜片的上表面斜向发射相干光的光源；
[0009]一传感模块，所述传感模块包括若干阵列形式排列的感应元，所述感应元与所述弹性膜片平行且与所述光源共面设置，所述光源发出的相干光经所述弹性膜片反射后形成的反射光线由所述感应元接收，所述传感模块用于将接收到的光信号转化为电信号输出；以及
[0010]一与所述传感模块电连接的控制电路，所述控制电路用于对所述传感模块输出的信号进行计算得出待测压力值。
[0011]进一步地，所述传感模块还包括若干与所述感应元数量相等的比较器，每所述比较器对应连接每所述感应元，所述比较器用于对比其连接的所述感应元接收到的光能信号与平均值之间的差异并输出至所述控制电路。
[0012]具体地，所述光源为固态激光二极管芯片。
[0013]具体地，所述控制电路为DSP处理电路。
[0014]进一步地，还包括与所述弹性膜片和光源沿所述若干感应元中心镜像设置的一对照弹性膜片和一对照光源，所述对照弹性膜片与所述弹性膜片共面，所述对照光源与所述光源共面，所述对照光源用于向所述对照弹性膜片的上表面斜向发射相干光。
[0015]具体地，所述对照光源为固态激光二极管芯片。
[0016]本专利技术还提供了一种应用上述的相干光压力传感系统的压力计算方法，所述方法包括如下步骤：
[0017]S1初始状态下，光源发出的相干光A经弹性膜片的上表面反射后形成反射光线B；
[0018]S2所述反射光线B的光信号被感应元接收，传感模块将接收到的光信号转化成电信号输出至控制电路；
[0019]S3控制电路根据所述传感模块输出的信号记录所述反射光线B的位置X0；
[0020]S4在所述弹性膜片上施加待测压力F，所述光源发出的所述相干光A经所述弹性膜片的上表面反射后形成反射光线C；
[0021]S5所述反射光线C的光信号被所述感应元接收，所述传感模块将接收到的光信号转化成电信号输出至所述控制电路；
[0022]S6所述控制电路根据所述传感模块输出的信号记录所述反射光线C的位置X1；
[0023]S7所述控制电路根据所述反射光线C相较于所述反射光线B产生的位移X1‑
X0计算出施加在所述弹性膜片上的待测压力F。
[0024]进一步地，所述控制电路根据反射光线C相较于反射光线B产生的位移计算出施加在弹性膜片上的待测压力的计算式为：
[0025]F＝(X1‑
X0)
·
H
·
S
·
E/(2X0L0)
[0026]其中H为弹性膜片与光源之间的垂直距离，S为弹性膜片的横截面面积，E为弹性膜片的杨氏模量，L0为弹性膜片的初始厚度。
[0027]本专利技术通过利用相干光在波包络内相位延迟较小以及弹性膜片应力与应变成正比的特性，制作出结构简单的压力传感系统，且该压力传感系统的测量值(光的位移)与待测压力值之间为线性关系，解决了现有的光学压力传感系统结构复杂、待测压力值与测量值之间非线性的问题。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0029]图1是本专利技术实施例一提供的相干光压力传感系统结构示意图；
[0030]图2是实施例一的光线位移示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例二提供的相干光压力传感系统结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]实施例一
[0034]如图1所示，本专利技术实施例一提供的一种相干光压力传感系统，包括：
[0035]一用于承受待测压力并且固定设置的弹性膜片1；
[0036]一设于弹性膜片1上方、用于向弹性膜片1的上表面斜向发射相干光的光源2；
[0037]一传感模块3，传感模块3包括若干阵列形式排列的感应元31，感应元31与弹性膜片1平行且与光源2共面设置，光源2发出的相干光经弹性膜片1反射后形成的反射光线由感应元31接收，传感模块3用于将接收到的光信号转化为电信号输出；以及
[0038]一与传感模块3电连接的控制电路(未示出)，控制电路用于对传感模块3输出的信号进行计算得出待测压力值。
[0039]进一步地，传感模块3还包括若干与感应元31数量相等的比较器(未示出)，每比较器对应连接每感应元31，比较器用于对比其连接的感应元31接收到的光能信号与平均值之间的差异并输出至控制电路。
[0040]具体地，光源2为固态激光二极管芯片。
[0041]具体地，控制电路为DSP处理电路。
[0042]本实施例提供的一种相干光压力传感系统工作过程为：
[0043]首先，弹性膜片1上不施加待测压力，光源2发出的相干光经弹性膜片1的上表面反射后形成反射光线，反射光线被感应元31接收，传感模块3将感应元31接收到的光信号转化成电信号输出至控制电路，控制电路根据传感模块3输出的信号记录弹性膜片1不受压时反射光线的位置；
[0044]接着，在弹性膜片1上施加待测压力，弹性膜片1受压后产生形变，光源2发出的相干光经发生形变后的弹性膜片1上表面反射形成反射光线，反射光线被感应元31接收，传感模块3将感应元31接收到的光信号转化成电信号输出至控制电路，控制电路根据传感模块3输出的信号记录弹性膜片1受压时反射光线的位置；
[0045]最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相干光压力传感系统，其特征在于，包括：一用于承受待测压力并且固定设置的弹性膜片；一设于所述弹性膜片上方、用于向所述弹性膜片的上表面斜向发射相干光的光源；一传感模块，所述传感模块包括若干阵列形式排列的感应元，所述感应元与所述弹性膜片平行且与所述光源共面设置，所述光源发出的相干光经所述弹性膜片反射后形成的反射光线由所述感应元接收，所述传感模块用于将接收到的光信号转化为电信号输出；以及一与所述传感模块电连接的控制电路，所述控制电路用于对所述传感模块输出的信号进行计算得出待测压力值。2.根据权利要求1所述的一种相干光压力传感系统，其特征在于，所述传感模块还包括若干与所述感应元数量相等的比较器，每所述比较器对应连接每所述感应元，所述比较器用于对比其连接的所述感应元接收到的光能信号与平均值之间的差异并输出至所述控制电路。3.根据权利要求1所述的一种相干光压力传感系统，其特征在于，所述光源为固态激光二极管芯片。4.根据权利要求1所述的一种相干光压力传感系统，其特征在于，所述控制电路为DSP处理电路。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种相干光压力传感系统，其特征在于，还包括与所述弹性膜片和光源沿所述若干感应元中心镜像设置的一对照弹性膜片和一对照光源，所述对照弹性膜片与所述弹性膜片共面，所述对照光源与所述光源共面，所述对照光源用于向所述对照弹性膜片的上表面斜向发射相干光。6.根据权利要求5所述的一种相干光压力传感系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：林大伟，张云山，
申请(专利权)人：深圳市百禾芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：