一種數(shù)字式氣體流量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字式氣體流量傳感器，包括電路系統(tǒng)、激光光源、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、光纖傳像束和光敏二極管陣列，其中，所述電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：包括微處理器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路和光敏二極管掃描電路；所述光纖傳像束沿玻璃管的軸向方向排列成若干豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，每豎列的首尾對(duì)齊，每豎列由若干根豎向排列的光纖組成；每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成，光纖與光敏二極管連接。本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器，有以下特點(diǎn)：輸出的是數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，分辨率高，性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說明】一種數(shù)字式氣體流量傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字式氣體流量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器技術(shù)一直是熱門技術(shù)，其中氣體流量傳感器在工業(yè)生產(chǎn)、化工、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生化技術(shù)及科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的氣體流量計(jì)中，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)是常見的一大類，該流量計(jì)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于使用，但它僅能滿足現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)計(jì)量使用，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的記錄和自動(dòng)控制。而在現(xiàn)有的一些轉(zhuǎn)子式流量傳感器中，多是以模擬量轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行物理量的轉(zhuǎn)換(如差動(dòng)變壓器)，其輸出是模擬量，取樣信號(hào)只有量的變化(連續(xù)的)沒有質(zhì)的變化(突變的)，很難抵御外部的干擾，內(nèi)部的漂移，穩(wěn)定性和可靠性很難以滿足使用要求。而數(shù)字化取樣的傳感器在可靠性、穩(wěn)定性方面會(huì)得到根本性的改善，所以數(shù)字化物理量轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究已成為傳感器研究領(lǐng)域的一個(gè)主攻方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式氣體流量傳感器，該傳感器有以下特點(diǎn):輸出的是數(shù)字信號(hào)(每個(gè)感應(yīng)元都是以開關(guān)脈沖的形式輸出信號(hào))，抗干擾能力強(qiáng)，分辨率高，性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種數(shù)字式氣體流量傳感器，包括電路系統(tǒng)、激光光源、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、光纖傳像束和光敏二極管陣列，其中，
[0006]所述電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:包括微處理器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路和光敏二極管掃描電路，其中，微處理器通過驅(qū)動(dòng)電路與半導(dǎo)體激光器電路連接；微處理器與光敏二極管掃描電路連接，光敏二極管掃描電路與光敏二極管連接；微處理器與信號(hào)處理電路連接，信號(hào)處理電路與光敏二極管掃描電路連接；
[0007]所述激光光源的結(jié)構(gòu)為:包括半導(dǎo)體激光器和準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡位于半導(dǎo)體激光器的前端(激光光源的結(jié)構(gòu)和工作原理為公知常識(shí)，在此不再贅述)。
[0008]所述玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)為:包括透明的錐形玻璃管(錐度一般為1:100)，玻璃管外壁上除與圓柱狀透鏡接觸的部分外其它部分涂覆有黑色涂層(以防止受到其它光源的影響)，玻璃管上端設(shè)有上基座，下端設(shè)有下基座，上基座和下基座通過支承板連接，玻璃管內(nèi)設(shè)有與玻璃管軸向平行的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上套有浮子，浮子可在導(dǎo)桿上自由滑動(dòng)(是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)裝置)；激光光源設(shè)在上基座上，浮子上設(shè)有反光板，反光板的作用是:將由激光光源發(fā)出的光線(激光束)反射照射到光纖上(由于激光光源是從玻璃管上方射出激光束，需要偏轉(zhuǎn)90度后才能轉(zhuǎn)為平行的激光束，從而照射在光纖上，故反光板與水平方向的夾角為45度)。
[0009]所述光纖傳像束沿玻璃管的軸向方向排列成若干豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，每豎列的首尾對(duì)齊，每豎列由若干根豎向排列的光纖組成；每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成，光纖與光敏二極管連接。
[0010]優(yōu)選的，所述光纖傳像束沿玻璃管的軸線方向排列成有序的三豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，為描述方便，分別命名為N列、M列和K列，三豎列的首尾對(duì)齊，三豎列由相同根數(shù)的光纖豎向排列組成，為描述方便，設(shè)每豎列由nXmXk根光纖組成，n、m、k均為正整數(shù)；每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成，為描述方便，設(shè)與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由η個(gè)光敏二極管組成，與M列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由m個(gè)光敏二極管組成，與K列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由k個(gè)光敏二極管組成；N列的光纖分為mXk組，每組由η根光纖組成，每組的η根光纖與與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的η個(gè)光敏二極管一一對(duì)應(yīng)連接，為描述方便，每組的η根光纖分別編號(hào)為13、2&...的，相應(yīng)地，11個(gè)光敏二極管分別編號(hào)為附、吧、吧、...、Νη-1、Νη，每組光纖中編號(hào)為Ia的光纖都與編號(hào)為NI的光敏二極管連接(相同序號(hào)的光纖在光敏二極管處排列成圓形，再通過透鏡傳導(dǎo)，為常規(guī)技術(shù)手段)，每組光纖中編號(hào)為2a的光纖都與編號(hào)為N2的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為na的光纖都與編號(hào)為Nn的光敏二極管連接；相應(yīng)地，M列的光纖也分為mXk組,每組由η根光纖組成(光纖編號(hào)與分組方式均與N列相同)，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上，為描述方便，每組依次輪流編號(hào)為lb、2b…mb (輪流編號(hào)k次，比如:編號(hào)為Ib的組為k個(gè))，相應(yīng)地，m個(gè)光敏二極管分別編號(hào)為M1、M2…Mm,第Ib組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Ml的光敏二極管上,第2b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M2的光敏二極管上,第mb組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Mm的光敏二極管上；K列的光纖分為k組，每組光纖由nXm根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上，為描述方便，每組分別編號(hào)為lc、2c、kc, k個(gè)光敏二極管分別編號(hào)為Kl、Kl...Kk,第Ic組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Kl的光敏二極管上，第2c組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為K2的光敏二極管上，第kc組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Kk的光敏二極管上(分組的目的是減少光敏二極管的數(shù)量；由于三豎列是由相同根數(shù)的光纖組成的，所以在三豎列中，處于同一高度的三根光纖代表一個(gè)唯一的坐標(biāo)，該坐標(biāo)可以用于指示浮子所處的位置，所以，光纖分組并與光敏二極管連接后，應(yīng)保證處于同一高度的三根光纖所對(duì)應(yīng)的三個(gè)光敏二極管的組合也是唯一的)。由于每列光纖采用分組共用光敏二極管的方式(不是一一對(duì)應(yīng)的方式)，再通過每列光敏二極管的排列組合，大大地減少光了敏二極管的用量，如此，若每豎列由nXmXk根光纖組成，則其需要的光敏二極管數(shù)量僅為n+m+k個(gè)。
[0011]為便于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面以舉例的形式對(duì)上述光纖傳像束進(jìn)行說明:所述光纖傳像束沿玻璃管的軸線方向排列成有序的三豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，為描述方便，分別命名為N列、M列和K列，三豎列的首尾對(duì)齊，三豎列由相同根數(shù)的光纖豎向排列組成，設(shè)每豎列由nXmXk根光纖組成，n、m均取值為4，k取值為2;每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成:與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為N1、N2、N3、N4),與M列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為Ml、M2、M3、M4)，與K列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由2個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為K1、K2) ;N列的光纖分為mXk=8組，每組由n=4根光纖組成(分別編號(hào)為la、2a、3a、4a),每組的4根光纖與與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的4個(gè)光敏二極管對(duì)應(yīng)連接，即:每組光纖中編號(hào)為Ia的光纖都與編號(hào)為NI的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為2a的光纖都與編號(hào)為N2的光敏二極管連接，每組光纖中編號(hào)為3a的光纖都與編號(hào)為N3的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為4a的光纖都與編號(hào)為N4的光敏二極管連接；相應(yīng)地，M列的光纖也分為mXk=8組(依次輪流編號(hào)為lb、2b、3b、4b),每組由4根光纖組成(光纖編號(hào)與分組方式均與N列相同)，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上，即:第Ib組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Ml的光敏二極管上，第2b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M2的光敏二極管上,第3b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M3的光敏二極管上，第4b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M4的光敏二極管上；K列的光纖分為k=2組(分別編號(hào)為lc、2c),每組光纖由nXm=16根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上:即--第Ic組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Kl的光敏二極管上，第2c組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為K2的光敏二極管上(如表1和圖7所示)。分組的目的是減少光敏二極管的數(shù)量；由于三豎列是由相同根數(shù)的光纖組成的，所以在三豎列中，處于同一高度的三根光纖代表一個(gè)唯一的坐標(biāo)，該坐標(biāo)可以用于指示浮子所處的位置，所以，光纖分組并與光敏二極管連接后，處于同一高度的三根光纖所對(duì)應(yīng)的三個(gè)光敏二極管的組合也是唯一的，比如第20根光纖，其所對(duì)應(yīng)的光敏二極管組合為N4-M1-K2，該組合是唯一的。由于每列光纖采用分組共用光敏二極管的方式(不是一一對(duì)應(yīng)的方式)，再通過每列光敏二極管的排列組合，大大地減少光了敏二極管的用量，如此，每豎列由nXmXk=32根光纖組成，則其需要的光敏二極管數(shù)量僅為n+m+k=10個(gè)。 [0012]本發(fā)明的光纖傳導(dǎo)式轉(zhuǎn)子流量傳感器的工作原理為:設(shè)置在上基座上的激光光源發(fā)射出的激光束沿錐形玻璃管的軸向射出，射向設(shè)在浮子上的反光板，通過反光板反射偏轉(zhuǎn)90度后，照射到與浮子處于同一高度的各個(gè)豎列的光纖上，并傳導(dǎo)至相應(yīng)的光敏二極管陣列；隨著浮子的上下移動(dòng)，激光束會(huì)照射到不同位置的光纖上，從而使相應(yīng)的光敏二極管接收到光線；由光敏二極管掃描電路對(duì)光敏二極管依次掃描，隨著掃描的進(jìn)行，每個(gè)光敏二極管的狀態(tài)信息(是否接收到光線)依次輸出到信號(hào)處理電路，該信號(hào)(每個(gè)光敏二極管的狀態(tài)信息)經(jīng)信號(hào)處理電路處理后送入微處理器，微處理器根據(jù)各點(diǎn)光強(qiáng)計(jì)算出浮子的位置，再根據(jù)相關(guān)的流量公式換算成相應(yīng)的流量(根據(jù)浮子的位置計(jì)算相應(yīng)的流量是現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明對(duì)此無改進(jìn)，不再贅述)，具體應(yīng)用時(shí)，微處理器通過數(shù)據(jù)線與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或顯示裝置連接，從而可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)流量，并可以實(shí)現(xiàn)記錄、積算、自控等多種功能。
[0013]所述微處理器、信號(hào)處理電路、光敏二極管掃描電路和驅(qū)動(dòng)電路，其工作方式、工作原理(如怎樣發(fā)出信號(hào)，接收信號(hào)，對(duì)信號(hào)怎樣處理等)均為現(xiàn)有技術(shù)中成熟的技術(shù)，在此不再贅述。
[0014]所述玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)裝置，本發(fā)明對(duì)此結(jié)構(gòu)的改進(jìn)只是在玻璃管內(nèi)壁或外壁上涂覆了黑色涂層，并設(shè)置了激光光源以及反光板，沒有其它改進(jìn)，在此不再贅述。因?yàn)楸景l(fā)明采用的是非接觸的方式對(duì)浮子的位置進(jìn)行測(cè)量，所以對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)不用做改動(dòng)(除涂覆黑色涂層、設(shè)置激光光源和反光板外，激光源在上基座上，不會(huì)對(duì)浮子產(chǎn)生作用，反光板設(shè)置在浮子的上端，這與金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)浮子的上端設(shè)置的磁耦合機(jī)構(gòu)一樣，不會(huì)改變相關(guān)的測(cè)量原理)，相應(yīng)地，轉(zhuǎn)子流量計(jì)相關(guān)的原理和公式不變，在此不再贅述。
[0015]本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)中其它形式的轉(zhuǎn)子流量傳感器相比(如差動(dòng)變壓器式、光纖光柵式等)，具有以下優(yōu)點(diǎn):[0016]I)輸出是數(shù)字信號(hào)，每個(gè)感應(yīng)元都是以開關(guān)脈沖的形式輸出信號(hào)(每個(gè)光敏二極管只有是否接收到光線兩種狀態(tài))，取樣數(shù)據(jù)只有“O”與“1”，克服了傳統(tǒng)的模擬量檢測(cè)方式本身帶有模糊的成份，避免了受溫度、空氣壓強(qiáng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等多種環(huán)境分布參數(shù)的影響，大大地提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性，不需要專門的A/D轉(zhuǎn)換電路，這樣可以避免A/D器件對(duì)精度的影響(因?yàn)锳/D器件精度有限，在無形中會(huì)降低了數(shù)據(jù)精度)，有利于減少測(cè)量時(shí)間，也利于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。
[0017]2)光敏二極的用量比傳統(tǒng)的一一對(duì)應(yīng)的方式要少很多(有效的解決了精度和分辨與敏感元件用量的矛盾)，這將大大地有利于制造(需要用大量的陣列式的敏感元器件正是數(shù)字化物理量轉(zhuǎn)換機(jī)理要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一，因?yàn)殡S著敏感元件的大量增加，將會(huì)使布線變的非常困難，對(duì)這些單元有序控制的數(shù)據(jù)處理單元也要增加，這將大大地增加制造難度和成本)，對(duì)光敏二極管排列的技術(shù)要求很低(這也有利于制造)。
[0018]3 )光纖起電氣隔離作用，使抗干擾能力進(jìn)一步得到提高(相當(dāng)于光電藕合器，光電藕合器的優(yōu)點(diǎn)就是有很強(qiáng)的抗干擾性)。
[0019]4)因?yàn)槭欠墙佑|式測(cè)量，不會(huì)對(duì)浮子移動(dòng)產(chǎn)生干擾，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)從而減少了誤差來源。
[0020]5)浮子的位置是通過光纖的幾何位置確定的(相當(dāng)于一個(gè)離散型元件)，因此不存在非線性問題。
[0021]6)因?yàn)楣饫w傳像束的纖芯直徑非常細(xì)(一般為IOum左右)，所以無需特殊的光學(xué)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)高分辨率。
[0022]7)因?yàn)槭欠墙佑|式測(cè)量，對(duì)浮子沒有任何阻礙，所以和玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)一樣，可實(shí)現(xiàn)對(duì)很小流量的測(cè)量(現(xiàn)有技術(shù)中其它形式的轉(zhuǎn)子式流量傳感器，因受其結(jié)構(gòu)所限制，敏感元件與浮子之間存在機(jī)械性接觸，浮子移動(dòng)會(huì)受到阻礙，當(dāng)流量小時(shí)浮子將無法移動(dòng))，而且，在測(cè)量范圍內(nèi)均為相同的分辨率。
[0023]此外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器的電路原理示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器的N列光纖排列示意圖(僅為技術(shù)人員為方便理解而繪制的示意圖)。
[0027]圖4為本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器的M列光纖排列示意圖(僅為技術(shù)人員為方便理解而繪制的示意圖)。
[0028]圖5為本發(fā)明的數(shù)字式氣體流量傳感器的K光纖排列示意圖(僅為技術(shù)人員為方便理解而繪制的示意圖)。
[0029]圖6為圖5中A-A線剖視圖。
[0030]圖7為光纖傳像束、光敏二極管排列原理示意簡(jiǎn)圖(僅為技術(shù)人員為方便理解而繪制的示意圖)，其中，n=4, m=6, k=2。
[0031]其中，1、光纖傳像束；2、引線；3、半導(dǎo)體激光器；4、準(zhǔn)直透鏡；5、上基座；6、支承板；7、反光板；8、浮子；9、錐形玻璃管；10、導(dǎo)桿；11、下基座；12、數(shù)據(jù)線；13、信號(hào)處理電路；14、驅(qū)動(dòng)電路；15、光敏二極管掃描電路；16、微處理器；17、光敏二極管；18、N列；19、M列；20、K列；21、黑色涂層；22、透鏡；23、圓柱狀透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0033]一種數(shù)字式氣體流量傳感器，包括電路系統(tǒng)、激光光源、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、光纖傳像束I和光敏二極管陣列，其中，
[0034]所述電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:包括微處理器16、驅(qū)動(dòng)電路14、信號(hào)處理電路13和光敏二極管掃描電路15，其中，微處理器16通過驅(qū)動(dòng)電路14與半導(dǎo)體激光器3電路連接；微處理器16與光敏二極管掃描電路15連接,光敏二極管掃描電路15與光敏二極管17連接；微處理器16與信號(hào)處理電路13連接，信號(hào)處理電路13與光敏二極管掃描電路15連接，如圖2所示；
[0035]所述激光光源的結(jié)構(gòu)為:包括半導(dǎo)體激光器3和準(zhǔn)直透鏡4，準(zhǔn)直透鏡4位于半導(dǎo)體激光器3的前端(激光光源的結(jié)構(gòu)和工作原理為公知常識(shí)，在此不再贅述；實(shí)際工作時(shí)，通過引線2將半導(dǎo)體激光器3與供電電源連接)。
[0036]所述玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)為(如圖1所示):包括透明的錐形玻璃管9(錐度為1:100)，錐形玻璃管9外壁上除與圓柱狀透鏡23接觸的部分外其它部分涂覆有黑色涂層21(以防止受到其它光源的影響)，錐形玻璃管9上端設(shè)有上基座5，下端設(shè)有下基座11，上基座5和下基座11通過支承板6連接，錐形玻璃管9內(nèi)設(shè)有與錐形玻璃管9軸向平行的導(dǎo)桿10，導(dǎo)桿10上套有浮子8，浮子8可在導(dǎo)桿10上自由滑動(dòng)(是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)裝置);激光光源設(shè)在上基座5上，浮子8上設(shè)有反光板7，反光板7的作用是:將由激光光源發(fā)出的光線(激光束)反射照射到光纖上(由于激光光源是從玻璃管上方射出激光束，需要偏轉(zhuǎn)90度后才能轉(zhuǎn)為平行的激光束，從而照射在光纖上，故反光板與水平方向的夾角為45度)。
[0037]所述光纖傳像束I沿錐形玻璃管9的軸線方向排列成有序的三豎列，錐形玻璃管9和光纖傳像束I之間設(shè)置圓柱狀透鏡23，分別命名為N列18、Μ列19和K列20 (如圖
3、4、5、6所示)，三豎列的首尾對(duì)齊，三豎列由相同根數(shù)的光纖豎向排列組成，設(shè)每豎列由nXmXk根光纖組成，n、m均取值為4，k取值為2 ;每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管17組成:與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為N1、N2、N3、N4),與M列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為Ml、M2、M3、M4)，與K列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由2個(gè)光敏二極管組成(分別編號(hào)為K1、K2) ；N列的光纖分為mXk=8組，每組由n=4根光纖組成(分別編號(hào)為la、2a、3a、4a)，每組的4根光纖與與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的4個(gè)光敏二極管一一對(duì)應(yīng)連接，即:每組光纖中編號(hào)為Ia的光纖都與編號(hào)為NI的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為2a的光纖都與編號(hào)為N2的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為3a的光纖都與編號(hào)為N3的光敏二極管連接，每組光纖中編號(hào)為4a的光纖都與編號(hào)為N4的光敏二極管連接((相同序號(hào)的光纖在光敏二極管17處排列成圓形，再通過透鏡22傳導(dǎo)，如圖6所示，為常規(guī)技術(shù)手段))；相應(yīng)地，M列的光纖也分為mXk=8組(依次輪流編號(hào)為lb、2b、3b、4b)，每組由4根光纖組成(光纖編號(hào)與分組方式均與N列相同)，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上，即:第Ib組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Ml的光敏二極管上,第2b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M2的光敏二極管上，第3b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M3的光敏二極管上，第4b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M4的光敏二極管上；K列的光纖分為k=2組(分別編號(hào)為lc、2c)，每組光纖由nXm=16根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上:即:第Ic組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Kl的光敏二極管上，第2c組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為K2的光敏二極管上(如表I和圖7所示)。分組的目的是減少光敏二極管的數(shù)量；由于三豎列是由相同根數(shù)的光纖組成的，所以在三豎列中，處于同一高度的三根光纖代表一個(gè)唯一的坐標(biāo)，該坐標(biāo)可以用于指示浮子所處的位置，所以，光纖分組并與光敏二極管連接后，處于同一高度的三根光纖所對(duì)應(yīng)的三個(gè)光敏二極管的組合也是唯一的，比如第20根光纖，其所對(duì)應(yīng)的光敏二極管組合為N4-M1-K2，該組合是唯一的。由于每列光纖采用分組共用光敏二極管的方式(不是一一對(duì)應(yīng)的方式)，再通過每列光敏二極管的排列組合，大大地減少光了敏二極管的用量，如此，每豎列由nXmXk=32根光纖組成,則其需要的光敏二極管數(shù)量僅為n+m+k=10個(gè)。
[0038]本發(fā)明的光纖傳導(dǎo)式轉(zhuǎn)子流量傳感器的工作原理為:設(shè)置在上基座5上的激光光源發(fā)射出的激光束沿錐形玻璃管9的軸向射出，射向設(shè)在浮子8上的反光板7，通過反光板7反射偏轉(zhuǎn)90度后，照射到與浮子8處于同一高度的各個(gè)豎列的光纖上，并傳導(dǎo)至相應(yīng)的光敏二極管陣列；隨著浮子8的上下移動(dòng)，激光束會(huì)照射到不同位置的光纖上，從而使相應(yīng)的光敏二極管17接收到光線；由光敏二極管掃描電路15對(duì)光敏二極管17依次掃描,隨著掃描的進(jìn)行，每個(gè)光敏二極管17的狀態(tài)信息(是否接收到光線)依次輸出到信號(hào)處理電路13，該信號(hào)(每個(gè)光敏二極管17的狀態(tài)信息)經(jīng)信號(hào)處理電路13處理后送入微處理器16，微處理器16根據(jù)各點(diǎn)光強(qiáng)計(jì)算出浮子8的位置，再根據(jù)相關(guān)的流量公式換算成相應(yīng)的流量(根據(jù)浮子8的位置計(jì)算相應(yīng)的流量是現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明對(duì)此無改進(jìn)，不再贅述)，具體應(yīng)用時(shí)，微處理器16通過數(shù)據(jù)線12與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或顯示裝置連接，從而可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)流量，并可以實(shí)現(xiàn)記錄、積算、自控等多種功能。
[0039]附:表I
[0040]表I
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字式氣體流量傳感器，其特征在于:包括電路系統(tǒng)、激光光源、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、光纖傳像束和光敏二極管陣列，其中， 所述電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:包括微處理器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路和光敏二極管掃描電路，其中，微處理器通過驅(qū)動(dòng)電路與半導(dǎo)體激光器電路連接；微處理器與光敏二極管掃描電路連接，光敏二極管掃描電路與光敏二極管連接；微處理器與信號(hào)處理電路連接，信號(hào)處理電路與光敏二極管掃描電路連接； 所述玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)為:包括透明的錐形玻璃管，玻璃管外壁上除與圓柱狀透鏡接觸的部分外其它部分涂覆有黑色涂層，玻璃管上端設(shè)有上基座，下端設(shè)有下基座，上基座和下基座通過支承板連接，玻璃管內(nèi)設(shè)有與玻璃管軸向平行的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上套有浮子；激光光源設(shè)在上基座上，浮子上設(shè)有反光板； 所述光纖傳像束沿玻璃管的軸向方向排列成若干豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，每豎列的首尾對(duì)齊，每豎列由若干根豎向排列的光纖組成；每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成，光纖與光敏二極管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式氣體流量傳感器，其特征在于:所述光纖傳像束沿玻璃管的軸線方向排列成有序的三豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，分別命名為N列、M列和K列，三豎列的首尾對(duì)齊，三豎列由相同根數(shù)的光纖豎向排列組成，每豎列由nXmXk根光纖組成，n、m、k均為正整數(shù)；每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成:與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由η個(gè)光敏二極管組成，與M列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由m個(gè)光敏二極管組成，與K列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由k個(gè)光敏二極管組成；N列的光纖分為mXk組，每組由η根光纖組成，每組的η根光纖與與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的η個(gè)光敏二極管一一對(duì)應(yīng)連接；相應(yīng)地，M列的光纖也分為mXk組，每組由η根光 纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上；Κ列的光纖分為k組，每組光纖由nXm根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字式氣體流量傳感器，其特征在于:所述光纖傳像束沿玻璃管的軸線方向排列成有序的三豎列，玻璃管和光纖傳像束之間設(shè)置圓柱狀透鏡，分別命名為N列、M列和K列，三豎列的首尾對(duì)齊，三豎列由相同根數(shù)的光纖豎向排列組成，每豎列由nXmXk根光纖組成，n、m均取值為4，k取值為2 ;每豎列光纖對(duì)應(yīng)一組光敏二極管陣列，每組光敏二極管陣列由若干個(gè)光敏二極管組成:與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成，分別編號(hào)為N1、N2、N3、N4，與M列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由4個(gè)光敏二極管組成，分別編號(hào)為Ml、M2、M3、M4，與K列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列由2個(gè)光敏二極管組成，分別編號(hào)為K1、K2 ;Ν列的光纖分為mXk=8組，每組由n=4根光纖組成，分別編號(hào)為la、2a、3a、4a，每組的4根光纖與與N列對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的4個(gè)光敏二極管一一對(duì)應(yīng)連接，即:每組光纖中編號(hào)為Ia的光纖都與編號(hào)為NI的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為2a的光纖都與編號(hào)為N2的光敏二極管連接,每組光纖中編號(hào)為3a的光纖都與編號(hào)為N3的光敏二極管連接，每組光纖中編號(hào)為4a的光纖都與編號(hào)為N4的光敏二極管連接；相應(yīng)地，M列的光纖也分為mXk=8組，依次輪流編號(hào)為lb、2b、3b、4b，每組由4根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上，即:第Ib組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Ml的光敏二極管上,第2b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M2的光敏二極管上,第3b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M3的光敏二極管上，第4b組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為M4的光敏二極管上；K列的光纖分為k=2組，分別編號(hào)為lc、2c，每組光纖由nXm=16根光纖組成，同組的所有光纖都傳導(dǎo)到同一個(gè)光敏二極管上:g卩:第Ic組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為Kl的光敏二極管上，第2c組所有光纖傳導(dǎo)到編號(hào)為K2的光敏二極管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字式氣體流量傳感器，其特征在于:所述激光光源的結(jié)構(gòu)為:包括半導(dǎo)體激光器和`準(zhǔn)直透鏡，準(zhǔn)直透鏡位于半導(dǎo)體激光器的前端。
【文檔編號(hào)】G01F1/22GK103604472SQ201310603965
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】孫曉明, 姜先州, 張建偉, 吳明海, 蓋志剛 申請(qǐng)人:山東大學(xué)