专利名称：光纤光推动电容式压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于压力测量领域，特别涉及采用电容式压力敏感器件构成一种光纤光推动压力传感器的电路设计领域。
以现有技术制造的电容式压力传感器都是电推动的，它们都需外接电源，测量信息也是以电信号的形式传送的。这使得它们在一些如易燃、易爆、强电磁干扰等场合下的应用受到限制。解决这个问题的一种方法是将现有的压力敏感器件的制造技术与光纤产传输技术的优势结合起来，构成光纤光推动压力传感器。将光推动传感器置于危险区内的测量点，而将二次仪表置于远处的安全区内，传感器与二次仪表之间只以光纤相互连接。由于光推动传感器的功耗极低(小于0.5毫瓦)，光纤又具有本质防爆和抗电磁干扰的特性，因此可以达到防燃、防爆、抗干扰的目的。
光纤光推动传感器现在已有研究。例如史锦珊等进行过光推动测温仪的实验(参见“光功率推动测温仪系统分析与建模”，仪器仪表学报，Vol.15，No.1)。刘志艳等也进行过类似研究(参见“光纤耦合光动力传感器的研究”，测控技术，1996(2))。这些研究成果的主要缺点是所使用的转换电路功耗高，测量通道少。由于电路功耗高，所以需采用价格昂贵的大功率激光器(数千元/只)作为光功率源，这使得相关产品成本高昂，难以推广应用。由于测量通道少，使得产品的精度和温度适应性受至限制。
本实用新型的目的是设计一种电容式压力传感器的转换电路，该电路与电容式压力敏感器件构成光纤光推动压力传感器。该传感器使用低价格小功率的LED发光二极管光源(数百元/只)可驱动，并实现以压力为主的多参数测量。
本实用新型设计的一种光纤光推动压力传感器，由带有光电二极管的两相半波整流电路、脉宽调制电路、脉冲沿检出电路、信号发送电路以及电容式压力敏感器件组成。其特征在于所说的两相半波整流电路由一个具有中心抽头的升压变压器、整流二极管和滤波电容组成。光电二极管将接收到的光脉冲转换成电流脉冲作为该整流电路的输入，该整流电路输出直流电压作为传感器的电源电压。
所说的脉宽调制电路由一个多谐振荡器和至少一个单稳态电路按串联的方式构成。多谐振荡器作为初始触发信号源，其输出信号触发第一个单稳态电路，第一个单稳态电路的输出信号触发第二个单稳态电路，以此类推。该单稳态电路上连接有电容式敏感器件或电阻式敏感器件。
所说的脉冲沿检出电路由多个CR微分网络和或门电路组成。这些微分网络的输入端分别接在脉宽调制电路中的多谐振荡器和单稳态电路的输出端上，微分网络的输出端连接有或门电路。或门电路的输出信号触发信号发送电路，信号发送电路驱动一个LED光源，该LED光源连接有光纤，该光纤的另一端连接有信号处理单元。
本实用新型的工作原理是利用电容式敏感器件和电阻式敏感器件调制脉宽调制电路输出脉冲的宽度。当被测量变化时，相应的脉冲宽度随之发生变化。在信号处理单元中检测出这些脉冲宽度并作适当处理，就能计算出对应的被测量。
本实用新型具有如下特点第一，将常规传感器的电驱动改为光驱动，电信号传输改为光信号传输，防燃、防爆、抗干扰；第二，使用低价格小功率的LED光源可驱动，大大降低了相关产品的成本；第三，可实现多参数测量，如在测量压力的同时可测量温度；第四，所测温度参数也可用于压力传感器的高精度温度补偿。
附图简要说明
图1是本实用新型实施例的原理框图。
图2是本实用新型实施例的电路原理图。
本实用新型设计出一种光纤光推动压力传感器实施例，如图1、图2所示，结合附图详细描述如下图1是本实施例的原理框图。图中左边虚框内为传感器部分，右边虚框内为信号处理单元示意。信号处理单元中的脉冲发生电路的输出驱动LED光源1，将光能以脉冲的形式通过光纤1(芯径为100/140)传送给光电二极管，该光电二极管将光脉冲转换成电流脉冲并作为两相半波整流电流的输入，该整流电路输出+3.5伏左右的直流电压作为脉宽调制电路、脉冲沿检出电路和LED光源2驱动电路的电源电压。差动电容式压力敏感器件的两个电容CH、CL和热敏电阻Rth接在脉宽调制电路上。脉宽调制电路的输出脉冲作为脉冲沿检出电路的输入，脉冲沿检出电路的输出驱动光源2，通过光纤2(芯径为62.5/125)将脉冲宽度信息传送给信号处理单元中的光接收器，该光接收器输出电脉冲信号供后续电路进行处理。
图2是本实施例的电路原理图。具有中心抽头的变压器T1与二极管D1、D2、电容C2构成两相半波整流电路。光电二极管PD1输出电流脉冲作为该整流电路的输入。IC1、IC2、IC3和IC4组成脉宽调制电路。其中IC1连接成多谐振荡器，IC2、IC3、IC4连接成单稳态电路。热敏电阻Rth连接在IC2上，用以调制IC2输出脉冲的宽度。差动电容式压力敏感器件的两个电容CH和CL分别连接在IC3和IC4上，使其输出脉冲的宽度随CH和CL的变化而变化。C4、R4、C5、R5、C6、R6、C7、R7和或门IC5构成脉冲沿检出电路。由于IC1、IC2、IC3、IC4是按串联方式连接的，即前一级的输出端连接在后一级的输入端Trg上，因此在任一时刻最多只有一个单稳态电路被触发，这使得IC1输出脉冲的前沿和IC2、IC3、IC4输出脉冲的后沿在被CR微分电路成形后依次出现在IC5的输出端上。IC5输出脉冲之间的间隔代表了对应单稳态电路输出脉冲的宽度。MFET和R8构成LED光源驱动电路，完成将IC5输出端的电信号转换成光信号并通过光纤传送给信号处理单元的任务。
权利要求1.一种光纤光推动电容式压力传感器，包括带有光电二极管的两相半波整流电路、脉宽调制电路、脉冲沿检出和信号发送电路，其特征在于所说的两相半波整流电路将脉冲形式的光能转换成直流电压并作为传感器的电源电压，电容式压力敏感器件接入所说的脉宽调制电路，该脉宽调制电路的输出端与所说的脉冲沿检出电路的输入端相连接，该脉冲沿检出电路检出其输入脉冲信号的前沿或后沿并以此触发信号发送电路。
2.如权利要求1所述之光纤光推动电容式压力传感器，其特征在于所说的脉宽调制电路由一个多谐振荡器和至少一个单稳态电路按串联方式组成，该多谐振荡器的振荡频率是固定的或是可调的，该单稳态电路上连接有电容式敏感器件或电阻式敏感器件。
3.如权利要求1所述之光纤光推动电容式压力传感器，其特征在于所说的脉冲沿检出电路由至少两个CR微分网络、至少一个或门电路组成。
专利摘要本实用新型涉及光纤光推动电容式压力传感器的电源电路和转换电路的设计领域。其特点是可采用小功率的发光二极管作为光功率源,通过光纤传送光功率用以推动电容式压力敏感器件及其转换电路工作。测量信息由光纤传送给信号处理单元。传感器与信号处理单元之间仅以光纤相互连接。本实用新型可同时测量压力和温度,具有精度高、抗干扰能力强,尤其适用于易燃、易爆、强电磁干扰等场合下的压力测量。
文档编号G01L1/14GK2296001SQ9721587
公开日1998年10月28日 申请日期1997年6月5日 优先权日1997年6月5日
发明者郭云 申请人:中国海洋石油测井公司