一种用于光纤差压传感的转动部的制作方法

本实用新型涉及一种转动部，属于光纤传感技术领域。

背景技术：

差压传感器广泛应用于工业中，主要用于设备测量、部件或流体在不同位置的压力差，其广泛应用于尾气压差、气体流量、液位高低、洁净间监测等检测领域。现今，已出现采用不同原理的差压传感器，例如电阻式、电容式、电感式、节流器式、磁性液体式、MEMS式等，其中电阻式、电容式较为常见，其余类型由于实用性不强、局限性较大或仍处于概念期，并未得到推广，但电阻式、电容式差压传感器也存在自身的缺点，在很多场合不能很好的胜任。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种用于光纤差压传感的转动部，以解决现有差压传感器实用性不强、局限性较大或仍处于概念期，无法得到推广使用，而较为常见的电阻式、电容式差压传感器也存在自身的缺点，在很多场合并不适用，无法满足实际压差测量要求的问题。

本实用新型的方案如下：一种用于光纤差压传感的转动部，包括转动部本体，沿转动部本体的转动中心开设有通孔，通孔内固定设置有遮光片，遮光片的一侧设置入射光纤，另一侧设置接收光纤，通孔、入射光纤和接收光纤同轴设置，且入射光纤和接收光纤不随转动部本体的转动而运动，接收光纤的接收端面分为光纤接收部和非光纤接收部，转动部本体相对的两侧分别设置有一个隔板，且两个隔板均与转动部本体的转动轴线处于同一平面，所述转动部本体上设置有滑槽，隔板的一端滑动设置于滑槽内，隔板与其所在滑槽的底部之间压设有弹簧。

接收光纤的接收端面可以通过遮挡部件进行部分遮挡以形成非光纤接收部，未被遮挡的部分即为光纤接收部，或接收光纤的接收端面仅有部分存在光纤，则存在光纤的部分即为光纤接收部，没有光纤的部分即为非光纤接收部，使用时，只需将该转动部转动设置于具有圆筒形内腔的壳体内，壳体的内腔由转动部本体和隔板分隔为两个检测腔，即隔板的另一端顶紧至壳体的内壁处，且隔板与壳体 的内壁间滑动密封，初始状态下，转动部本体的转动中心线和壳体内腔的中心线均与隔板处于同一平面，两个检测腔均对应设置有检测流体入口，其中一个隔板的一侧设置阻尼弹簧，阻尼弹簧的一端固定于壳体的内壁上，另一端固定于该隔板上即可。

所述接收光纤的截面外径与通孔的内径相同，所述遮光片与接收光纤的端面相平行，遮光片为半圆形结构，且遮光片的直径与通孔的内径相同，光纤接收部和非光纤接收部均为半圆形结构，且二者轴对称设置，即接收光纤的接收端面一半能够接收光纤信号，另一半无法接收光纤信号，初始状态下，即两个检测腔内没有流体流入或两检测腔内流体压强相同时，遮光片的遮挡部分恰好与非光纤接收部相重合；

检测流体压差时，流体流入两检测腔后，转动部本体发生转动带动遮光片转动，从而遮光片遮挡部位发生变化，通过接收光纤中光纤接收部接收到信号的变化即可推算出转动部本体的转动角度，从而即可推算出阻尼弹簧对隔板的施力大小，进而推算出两个检测腔内流体的压强差；

本实用新型与现有技术相比，主要优点是该转动部结构简单，设计合理，与相应壳体配合后即可极为有效地检测流体压差，具有较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性等优点，实用性极强，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，从而提高了检测灵敏度，使传感器能适用于众多压差检测场合；同时，该转动部作为压力探测器件，在遇到流体压力时，转动部及隔板偏移运动，仅需根据转动部的偏移角度即可计算出压力差，对于光纤传感的要求更低，计算和测量更为简单，且检测不易受外界干扰，不易损坏，使用寿命更为长久，使得传感器的可靠性、适应性及互换性都有了较大进步，适宜用作流体差压的测量；且传感器的强度补偿原理更为简单，实用性更强。

附图说明

图1是该转动部本体的剖面图；

图2是该转动部本体安装于传感器探头壳体中时的剖面图；

图3是该图2中A-A向的剖视图；

图4是光纤及遮光片的设计结构图,其中，a为入射光纤入射端面的结构示意图，b为遮光板的结构示意图，c是接收光纤接收端面的结构示意图；

图5压强差与光通量的函数图像。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本实用新型作进一步地详细描述，

实施例：

参照图1至图4，本实施例提供一种用于光纤差压传感的转动部，包括转动部本体1，沿转动部本体1的转动中心开设有通孔11，通孔11内固定设置有遮光片2，遮光片2的一侧设置入射光纤3，另一侧设置接收光纤4，通孔11、入射光纤3和接收光纤4同轴设置，且入射光纤3和接收光纤4不随转动部本体1的转动而运动，接收光纤4的接收端面分为光纤接收部41和非光纤接收部42，转动部本体1相对的两侧分别设置有一个隔板5，且两个隔板5均与转动部本体1的转动轴线处于同一平面，所述转动部本体1上设置有滑槽12，隔板5的一端滑动设置于滑槽12内，隔板5与其所在滑槽12的底部之间压设有弹簧6，接收光纤4的截面外径与通孔11的内径相同，所述遮光片2与接收光纤4的端面相平行，遮光片2为半圆形结构，且遮光片2的直径与通孔11的内径相同，光纤接收部41和非光纤接收部42均为半圆形结构，且二者轴对称设置，即接收光纤4的接收端面一半能够接收光纤信号，另一半无法接收光纤信号，初始状态下，即两个检测腔内没有流体流入或两检测腔内流体压强相同时，遮光片2的遮挡部分恰好与非光纤接收部42相重合；

接收光纤4的接收端面可以通过遮挡部件进行部分遮挡以形成非光纤接收部42，未被遮挡的部分即为光纤接收部41，或接收光纤4的接收端面仅有部分存在光纤，则存在光纤的部分即为光纤接收部41，没有光纤的部分即为非光纤接收部42，使用时，只需将该转动部转动设置于具有圆筒形内腔的壳体7内，壳体7的内腔由转动部本体1和隔板5分隔为两个检测腔，即隔板5的另一端顶紧至壳体7的内壁处，且隔板5与壳体7的内壁间滑动密封，初始状态下，转动部本体1的转动中心线和壳体7内腔的中心线均与隔板5处于同一平面，两个检测腔均对应设置有检测流体入口71，其中一个隔板5的一侧设置阻尼弹簧8，阻尼弹簧8的一端固定于壳体7的内壁上，另一端固定于该隔板5上即可。

该传感器探头数学模型的计算

在计算过程中我们设出壳体7内腔的高度取值为50mm，半径为R，隔板5两侧腔室具有压力差，且重新达到平衡位置后，接收光纤4接收到的光纤强度的变化量为ΔP，隔板5距离壳体7的中心的偏心距为e，阻尼弹簧劲度系数为k，阻尼弹簧与转动部本体1轴心的距离为d，上叶片侧面面积(转动部本体1一侧隔板5的端面面积)为S₁，下叶片侧面面积(转动部本体1另一侧隔板5的端面面积)为S₂，上叶片长度(图1所示其中一个隔板5的长度)为L₁，下叶片长度(图1所示另一个隔板5的长度)为L₂，叶片偏转角(隔板5的偏转角度)θ，小轮半径(转动部本体1的半径)r₂，小轮孔半径(通孔11的半径)r₁。

流体进入时，由于压力差，隔板产生不同的扭矩，其中T₁为流体产生的扭矩，T₂为阻碍扭矩得式(1)

T₁-T₂＝d·F_弹＝kdx (1)

可以求出X,又因为T＝ΔP*T*L，变换得出(2)

$X=\frac{T_1-T_2}{kd}=\frac{\mathrm{\Δ}p(T_1{L}_1-T_2{L}_2)}{kd}---\left(2\right)$

从而可以求出变化量

$\⇒\mathrm{\Δ}P=\frac{kxd}{S_1{L}_1-S_2{L}_2}---\left(3\right)$

已知$tan\mathrm{\θ}=\frac{x}{d}$

则

所以可以计算出通光量的表达式为：

又

S₁＝50(L₁-R₂)S₂＝50(L₂-R₂) (8)

则可求出光强度变化量的表达式为：

为便于计算，我们取其中R＝50mm,ε＝1,e＝10mm,k＝100d＝40mm，θ取值为0～1度，θ＝(0：0.1：1)，由于θ角很小，L₁、L₂、S₁、S₂可以近似认为不变，则令S₁＝2000mm，S₂＝1000mm,L₁＝60mm,L₂＝40mm,并画出曲线如图5。当两侧压强差为0时，接收的光通量为0，此时叶片(隔板5)处于起始位置。而随着两侧压强差的增加时，叶片平衡被打破实现偏转，光通量随之改变，并具有良好的线性关系。