专利名称：基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤传感器，特别是一种遮挡式光纤传感器。
背景技术：
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光通信技术的发展而迅速发展起来的一门新 的技术，经过二十多年的发展，已经成为一个成熟的技术领域，并且在工业、石油和电力等 行业得到广泛应用。光纤传感器，是以光纤为讯号载体，对环境温度、湿度、气体浓度等进行 检测的器件，具有着超长距离、低损耗传输的特点。传统传感器分为电子式和机械式两种。电子式传感器具有灵敏度高，测量精度高 等优点，但其工作环境具有一定的局限性，不适合用于电磁环境、长期处于高湿度环境及不 能远距离传输；机械式传感器，对环境要求较低，但不适用于密闭环境或者远距离监控的场 所，因此现有的传感器在生产、生活中推广应用时还仍然存在着一定的局限性。

实用新型内容为了解决现有传感器技术中所存在的诸多缺陷，本实用新型提供了一种具有稳定 性好，运行可靠，适用于电磁、密闭、易燃易爆环境等特点并且可实现远距离传输和监控的 基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器。本实用新型解决技术问题的技术方案是一种基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特殊之处在于包括用于敏感物理 量的转动式敏感元件、将转动式敏感元件的转动角度转换为相应光信号的光强度探测单 元、向光强度探测单元提供光信号并接收其输出光信号的光发射接收单元、将光发射接收 单元接收的光信号转换为相应电信号的光电转换单元；所述光强度探测单元包括与转动式敏感元件的芯轴同轴固连的直径渐变式遮挡 片、分别设置在直径渐变式遮挡片两侧相对位置的全反射镜和准直器，所述准直器通过光 纤与光发射接收单元相连；所述准直器可发出直径为A的有效光斑；所述直径渐变式遮挡片的直径在转动式敏感元件的转动角度范围内沿着圆周方 向均勻减少，减少幅度为A ；所述在光纤传感器的起始位置时准直器的光斑恰好被遮挡片完全挡住。上述光强度探测单元还包括密封腔体，所述转动式敏感元件的芯轴穿过密封腔体 的一端面，所述转动式敏感元件设置在密封腔体外侧，所述直径渐变式遮挡片、全反射镜、 准直器设置在密封腔体内侧，所述光纤穿过密封腔体的另一端。上述光发射接收单元包括光源、隔离器、光分路器、探测器、光源检测器；所述光源 的输出端连接隔离器的输入端；所述光分路器的输入端分别与隔离器的输出端以及探测器 的输入端相连；所述光分路器的输出端分别与光源光源检测器及准直器相连。上述转动式敏感元件为基于盘状游丝的敏感元件，所述盘状游丝的外端部固定，其内端部与芯轴固连。上述盘状游丝外面设置有保护套；所述保护套固定在密封腔上。上述转动式敏感元件的转动角度范围为0 180°。上述盘状游丝为单面涂有聚酰亚胺膜的弹性铜皮。上述聚酰亚胺膜的厚度是0. 1 0. 2mm。本实用新型优点本实用新型盘状游丝包括弹性铜皮的基底，而且在其一侧涂有0. 1 0. 2mm左右 的聚酰亚胺膜，这样在湿度发生变化时，紧附在铜皮一侧的聚酰亚胺膜体积发生变化，使盘 状铜皮由于两侧所受应力不同而产生盘紧或放松的形变，固定最外沿铜皮，盘心位置的铜 皮就会带动与其连接在一起的连接芯轴发生转动。通过探测器测到光经偏心遮挡片遮挡后 的光强，就可以显示实时的湿度值。本实用新型的相对稳定性高且运行可靠，同时也适用于电磁、密闭、易燃易爆环境 并实现远距离传输和监控。

图1为本实用新型转动式敏感元件和光强度探测单元的原理示意图；图2为本实用新型转动式敏感元件和光强度探测单元的结构剖视图；图3为本实用新型光斑遮挡片的结构示意图；图4为本实用新型的光发射接收单元的原理示意图。图中1-转动式敏感元件，2-光强度探测单元，3-光发射接收单元，4-芯轴， 5-渐变式遮挡片，6-全反射镜，7-准直器，8-密封腔体，9-光斑，10-盘状游丝，11-保护 套，12-固定座，13-轴套，14-光源，15-隔离器，16-光分路器，17-光源检测器，18-探测器， 19-光纤。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型所涉及的光纤传感器，包括用于敏感物理量的转动式 敏感元件1、将转动式敏感元件1的转动角度转换为相应光信号的光强度探测单元2、向光 强度探测单元2提供光信号并接收其输出光信号的光发射接收单元3、为光发射接收单元3 提供能量并将接收的光信号转换为相应电信号的光电转换单元；光强度探测单元2包括与转动式敏感元件1的芯轴4同轴固连的直径渐变式遮挡 片5、分别设置在直径渐变式遮挡片5两侧相对位置的全反射镜6和准直器7，所述准直器7 通过光纤19与光发射接收单元3相连；准直器7可发出直径为A的有效光斑9 ；直径渐变 式遮挡片5的直径在转动式敏感元件1的转动角度范围内沿着圆周方向均勻减少，减少幅 度为A ；在光纤传感器的起始位置时准直器的光斑9恰好被遮挡片5完全挡住。芯轴4设置 在腔体8内与腔体8同轴，且一端通过固定座12的中心孔延伸至腔体8外部，在芯轴4延 伸腔体8外的一端上同轴设置有转动式敏感元件1。当光纤传感器作为湿度传感器时，光强度探测部分还应包括密封腔体8，转动式敏 感元件1的芯轴4穿过密封腔体8的一端，转动式敏感元件1设置在密封腔体8外侧，直径 渐变式遮挡片5、全反射镜6、准直器7设置在密封腔体8内侧，光纤19穿过密封腔体8的另一端。此时转动式敏感元件1为基于盘状游丝10的敏感元件，盘状游丝10的外端部固 定，其内端部与芯轴4固连。盘状游丝10为单面涂有聚酰亚胺膜的弹性铜皮。聚酰亚胺膜 的厚度是0. 1 0. 2mm。盘状游丝10外面设置有保护套11 ；保护套11固定在密封腔体8 上。转动式敏感元件1的转动角度范围为0 180°。腔体8内一般设置有固定座12，固定座12设置在腔体8前端位于盘状游丝10和 偏心遮挡片5之间且在中心处设有中心孔，固定座12与腔体8连接的一端延伸至腔体内并 呈U形弯曲，固定座12与腔体8采用密封连接，这样确保腔体8内的元件不受外界影响，而 在腔体8外的盘状游丝10也能够在被测环境中更好地工作。在芯轴4的另一端上垂直设 置有偏心遮挡片5 ；偏心遮挡片5的中心设置在芯轴4的轴心上，通过固定座12与盘状游 丝10隔离；这样，使渐变偏心遮挡片5可以同盘状游丝10 —起转动。在盘状游丝10外面 最好设置有轴套13，该轴套13同轴设置在固定座12的外端头；这样，盘状游丝10在固定 座12的外侧，偏心遮挡片5安装在固定座12内侧，另外在轴套13外面在腔体8的前端还 设置一个保护套11，且与腔体8同轴设置，这样就可以起到保护作用。全反光镜6与所述偏 心遮挡片5平行设置在固定座12上；准直器7与所述全反光镜6同轴且平行于芯轴4，设 置在固定座12的U型壁上且与全反光镜6分居于偏心遮挡片5的两侧，光讯号从准直器7 输出，再经反射后从准直器7返回。本实用新型原理本实用新型所涉及的遮挡式光纤湿度传感器由于采用涂有聚酰 亚胺膜湿度游丝，盘状游丝的基底为弹性铜皮，而且在其一侧涂有0. 1 0. 2mm左右的聚 酰亚胺膜，这样在湿度发生变化时，紧附在铜皮一侧的聚酰亚胺膜体积发生变化，使盘状铜 皮由于两侧所受应力不同而产生盘紧或放松的形变，固定最外沿铜皮，盘心位置的铜皮就 会带动与其连接在一起的连接芯轴发生转动，同时带动固定在芯轴上的偏心遮挡片一起转 动，转动中偏心设计会使遮挡面积发生变化，参见图3，由准直器7发射出的光线，未经遮挡 片5遮挡的部分会经过全反光镜6的反射重新回到准直器7，而被遮挡的光线就会损失，使 返回光通量发生变化，不同的湿度，游丝的转角不同，带动偏心遮挡片的遮挡面积不同，使 光经偏心遮挡片遮挡后的光强不同，从而使探测器测到光强不同，就可以显示实时的湿度 值。 当准直器7有效孔径为Imm时，在盘状游丝10带动芯轴4转动180°范围内，光斑
9遮挡径向尺寸如下
权利要求1.一种基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于包括用于敏感物理量的转 动式敏感元件、将转动式敏感元件的转动角度转换为相应光信号的光强度探测单元、向光 强度探测单元提供光信号并接收其输出光信号的光发射接收单元、将光发射接收单元接收 的光信号转换为相应电信号的光电转换单元；所述光强度探测单元包括与转动式敏感元件的芯轴同轴固连的直径渐变式遮挡片、分 别设置在直径渐变式遮挡片两侧相对位置的全反射镜和准直器，所述准直器通过光纤与光 发射接收单元相连；所述准直器可发出直径为A的光斑；所述直径渐变式遮挡片的直径在转动式敏感元件的转动角度范围内沿着圆周方向均 勻减少，减少幅度为A ；所述在光纤传感器的起始位置时准直器的光斑恰好被遮挡片完全挡住。
2.根据权利要求1所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述光 强度探测单元还包括密封腔体，所述转动式敏感元件的芯轴穿过密封腔体的一端面，所述 转动式敏感元件设置在密封腔体外侧，所述直径渐变式遮挡片、全反射镜、准直器设置在密 封腔体内侧，所述光纤穿过密封腔体的另一端。
3.根据权利要求1或2所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所 述光发射接收单元包括光源、隔离器、光分路器、探测器、光源检测器；所述光源的输出端连 接隔离器的输入端；所述光分路器的输入端分别与隔离器的输出端以及探测器的输入端相 连；所述光分路器的输出端分别与光源光源检测器及准直器相连。
4.根据权利要求3所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述转 动式敏感元件为基于盘状游丝的敏感元件，所述盘状游丝的外端部固定，其内端部与芯轴 固连。
5.根据权利要求4所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述盘 状游丝外面设置有保护套；所述保护套固定在密封腔上。
6.根据权利要求5所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述转 动式敏感元件的转动角度范围为0 180°。
7.根据权利要求6所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述盘 状游丝为单面涂有聚酰亚胺膜的弹性铜皮。
8.根据权利要求7所述的基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，其特征在于所述聚 酰亚胺膜的厚度是0. 1 0. 2mm。
专利摘要本实用新型所涉及的是一种基于直径渐变式遮挡片的光纤传感器，包括用于敏感物理量的转动式敏感元件、将转动式敏感元件的转动角度转换为相应光信号的光强度探测单元、向光强度探测单元提供光信号并接收其输出光信号的光发射接收单元、将光发射接收单元接收的光信号转换为相应电信号的光电转换单元；本实用新型利用盘状游丝带动与其连接在一起的连接芯轴发生转动，通过探测器测到光经偏心遮挡片遮挡后的光强，可以显示实时的湿度值，且相对稳定性高、运行可靠，同时也适用于电磁、密闭、易燃易爆环境并实现远距离传输和监控。
文档编号G01D5/26GK201780115SQ201020223510
公开日2011年3月30日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者刘钊, 姚胜利, 孙博, 张红菊, 李宝奇, 李小红, 杨向辉, 米磊, 贺正权, 赵燕, 韩笑路 申请人:飞秒光电科技(西安)有限公司