專利名稱：原子電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體地說，涉及一種原子電流傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的傳感器大多是電磁式傳感器，現(xiàn)有的電磁式傳感器是利用磁電感應(yīng)來測(cè)量物體轉(zhuǎn)速的，并且將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，屬于非接觸式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表，因此也稱電磁式電流傳感器。電磁傳感器是當(dāng)今市場(chǎng)上應(yīng)用得最廣泛的傳感器之一。然而電磁式傳感器在由于其存在測(cè)量精度不高、且容易受環(huán)境等影響的特點(diǎn)，無法滿足于高精度電流檢測(cè)的工程檢測(cè)和電流計(jì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種原子電流傳感器，目的在于克服在高精度電流檢測(cè)的工程檢測(cè)和電流計(jì)量檢測(cè)等領(lǐng)域使用電磁式傳感器無法很好地滿足要求的缺陷。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
原子電流傳感器，包括光源控制電路、受光源控制電路控制的光源、接收光源發(fā)出的光信號(hào)的原子吸收泡組件以及與原子吸收泡組件進(jìn)行交互的傳感器信號(hào)處理電路。為了實(shí)現(xiàn)光源的發(fā)光，所述光源控制電路包括
溫度傳感器；
將溫度傳感器輸出的線性電壓進(jìn)行放大的運(yùn)算放大器；
將運(yùn)算放大器放大后輸出的線性電壓進(jìn)行功率放大的功率放大器，其中功率放大器與光源相連。為了實(shí)現(xiàn)高精度濾光，所述原子吸收泡組件包括
內(nèi)充有堿金屬惰性氣體的吸收泡，其中光源發(fā)出的光照射在該吸收泡上；
設(shè)置在吸收泡一邊的偏振片，該偏振片由半圓形的第一偏振片和半圓形的第二偏振片貼合而成；
與偏振片相鄰并遠(yuǎn)離吸收泡、用于聚光的第一凸透鏡，設(shè)置在吸收泡另一邊的第二凸透鏡；
與第二凸透鏡相鄰并遠(yuǎn)離吸收泡的光電池；
纏繞在吸收泡上、并產(chǎn)生激勵(lì)電磁場(chǎng)的耦合線圈。為了完全避免外界磁場(chǎng)的干擾，所述原子吸收泡組件和光源均設(shè)置在用于屏蔽外界電磁干擾的磁屏盒內(nèi)。為了使本發(fā)明準(zhǔn)確輸出傳感器信號(hào)，所述傳感器信號(hào)處理電路包括
接收光電池信號(hào)的帶通放大器；
依次相連的低頻振蕩器、移相器和相敏檢波器，該相敏檢波器與帶通放大器相連，其中帶通放大器同時(shí)輸出信號(hào)到低頻振蕩器；
連接于低頻振蕩器和耦合線圈之間的壓控振蕩器，該壓控振蕩器還設(shè)置有第二輸出端;
連接于相敏檢波器和壓控振蕩器之間的積分器。作為另一種優(yōu)選，所述傳感器信號(hào)處理電路包括帶有兩個(gè)輸出端的90°移相器，接收光電池信號(hào)并輸出信號(hào)到90°移相器的帶通放大器,且90°移相器的一個(gè)輸出端與耦合線圈相連。進(jìn)一步地，所述偏振片呈半圓形狀，且吸收泡內(nèi)充制有金屬銣或銫，以及起緩沖作用的惰性氣體。該惰性氣體通常采用氮?dú)夂蜌鍤庵械囊环N或兩種。再進(jìn)一步地，所述溫度傳感器為溫度傳感器芯片或數(shù)字溫度傳感器芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
(I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，適合推廣使用。(2)本發(fā)明首先采用光源控制電路，該光源電路通過溫度傳感器感應(yīng)溫度，并采用運(yùn)算放大器和功率放大器分別進(jìn)行電壓放大和功率放大，將溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成大功率電流用于加熱光源，這樣便能使光源發(fā)光。該光源控制電路完成了原子電流傳感器的初始功能，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用面積小，測(cè)量精度高。(3)本發(fā)明利用原子吸收泡組件進(jìn)行濾光，首先本發(fā)明中的耦合線圈產(chǎn)生的激勵(lì)磁場(chǎng)，聯(lián)合在吸收泡內(nèi)充滿惰性氣體的堿金屬的環(huán)境，再通過兩個(gè)半圓的偏振片分別對(duì)光源從線偏振轉(zhuǎn)換為左旋和右旋的圓偏振光；便實(shí)現(xiàn)偏振功能，這樣保持原子吸收泡組件濾光性能較強(qiáng)的同時(shí)工作狀態(tài)穩(wěn)定，并且由于幾乎沒有元器件損耗，因此該原子吸收泡組件工作壽命長(zhǎng)，這對(duì)本發(fā)明來講其精度有了保證。(4)本發(fā)明中的原子吸收泡組件和光源均被封閉在磁屏盒內(nèi)，避免其受到外部磁場(chǎng)的影響，保證原子吸收泡組件的濾光精度，這對(duì)于高精度行業(yè)的測(cè)量是大大有益的。(5)本發(fā)明的傳感器信號(hào)處理電路包括至少兩種工作方式一是主動(dòng)式，二是被動(dòng)式。被動(dòng)式的傳感器信號(hào)處理電路采用相敏檢波器和低頻振蕩器進(jìn)行檢波整流，再通過壓控振蕩器輸入反饋信號(hào)到耦合線圈，并且同時(shí)輸出信號(hào)，完成原子電流傳感器的功能；主動(dòng)式的傳感器信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，只需通過90°移相器和帶通放大器便可以進(jìn)行選頻信號(hào)的放大并輸出信號(hào)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)向耦合線圈反饋電壓的功能。因此無論是主動(dòng)式還是被動(dòng)式的傳感器信號(hào)處理電路，都能實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量和對(duì)耦合線圈的反饋。(6)通過本發(fā)明的設(shè)置，能夠很好地達(dá)到高精度電流檢測(cè)的工程檢測(cè)和電流計(jì)量檢測(cè)等領(lǐng)域進(jìn)行高精度測(cè)量的目的。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明中光源控制電路的原理框圖。圖3為本發(fā)明中原子吸收泡組件的剖面示意圖。圖4為本發(fā)明一實(shí)施例1中傳感器處理電路的原理框圖。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例2中傳感器處理電路的原理框圖。其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱為
I—吸收泡，2一第一凸透鏡,3一第二凸透鏡,4一偏振片，5—光電池,6—I禹合線圈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。實(shí)施例1
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明原子電流傳感器通過對(duì)光過濾完成信號(hào)傳輸功能。如圖1所示，該電子電流傳感器包括光源控制電路、光源、原子吸收泡組件和傳感器處理電路。如圖2所示，該光源控制電路主要用于感應(yīng)和放大電壓，最后輸出大功率電流。其中本實(shí)施例中的光源控制電路上的溫度傳感器優(yōu)選熱敏電阻，溫度傳感器隨著溫度的變化電阻率發(fā)生變化，因此根據(jù)電阻率的變化其上加載的電壓大小不斷變化，該電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后再通過功率放大器進(jìn)行電流的不斷放大，因此功率放大器輸出的功率顯著增大。由于功率放大器輸出的功率與溫度傳感器上的電壓大小變化相關(guān)，因此在溫度傳感器上的電壓增大到一定值后，功率也隨之增大到一定值，便可以加熱光源，光源在到達(dá)一定溫度后發(fā)出的光能夠滿足要求。本實(shí)施例中的光源優(yōu)選激光管，該功率放大器對(duì)光源的加熱是保持恒溫的。光源發(fā)出的激光通過磁屏盒中的透光小孔進(jìn)入原子吸收泡組件。如圖3所示，激光照射在吸收泡I上，由于吸收泡I內(nèi)充制有堿金屬銣，并且剩余空間用惰性氣體氮?dú)夂蜌鍤膺M(jìn)行緩沖，此時(shí)耦合線圈6產(chǎn)生激勵(lì)磁場(chǎng)，因此激光與堿金屬的原子相互作用時(shí)，激光穿過均為由半圓形的第一偏振片和半圓形的第二偏振片組成的偏振片4,這樣便改變了激光的偏振方向,產(chǎn)生旋光效應(yīng),實(shí)現(xiàn)偏振功能。濾光后，選出的特定頻率的光波通過第一凸透鏡2和第二凸透鏡3，產(chǎn)生聚光效應(yīng)，聚合后的光直射于光電池5上，使光電池5產(chǎn)生電流，這樣，吸收泡便完成了其功能。光電池5產(chǎn)生的電流進(jìn)入傳感器信號(hào)處理電路。如圖4所示，該傳感器信號(hào)處理電路包括帶通放大器、相敏檢波器、移相器、低頻振蕩器、壓控振蕩器和積分器。其中原子吸收泡組件中的光電池5輸出信號(hào)到帶通放大器，帶通放大器進(jìn)行信號(hào)選頻放大，并將放大后的信號(hào)輸入相敏檢波器和低頻振蕩器同步進(jìn)行檢波和整流。低頻振蕩器將整流后的信號(hào)輸入到移相器進(jìn)行相位調(diào)整，并輸入到相敏檢波器，相敏檢波器將檢波后的信號(hào)和移相后的信號(hào)輸入到積分器進(jìn)行高頻濾波，積分器在高頻濾波后將高頻濾波后的信號(hào)輸入到壓控振蕩器去鎖定壓控振蕩器。進(jìn)一步地，低頻振蕩器同時(shí)輸出整流后的信號(hào)到壓控振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制。壓控振蕩器帶有兩個(gè)輸出端，一個(gè)輸出端輸出信號(hào)進(jìn)入原子吸收泡組件，反饋進(jìn)耦合線圈，控制耦合線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，另一個(gè)輸出端輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)即為原子電流傳感器輸出的信號(hào)。此時(shí),本發(fā)明完成了其功能。其中該傳感器信號(hào)處理電路進(jìn)行的信號(hào)處理的方式被稱為被動(dòng)式。實(shí)施例2
與實(shí)施例1的區(qū)別在于，為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本實(shí)施例在激光管上格外設(shè)置一個(gè)激光罩使激光管保持溫度恒定，由于該激光管自身會(huì)進(jìn)行發(fā)熱，因此將光源控制電路上的熱敏電阻設(shè)置于激光罩內(nèi)，根據(jù)激光罩內(nèi)的溫度進(jìn)行反饋從而控制功率放大器的加熱溫度，便能更好地保證激光管發(fā)出激光的頻率保持恒定，提高濾光精度。實(shí)施例3
與實(shí)施例1的區(qū)別在于，如圖5所示，傳感器信號(hào)處理電路包括帶通放大器和90°移相器，帶通放大器與原子吸收泡組件中的光電池相連接，將光電池的輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)90°移相，90°移相器帶有兩個(gè)輸出端其中一個(gè)輸出端輸出信號(hào)到耦合線圈，進(jìn)行信號(hào)反饋，并控制耦合線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一個(gè)輸出端輸出信號(hào)即為原子電流傳感器輸出的信號(hào)。此時(shí)，本發(fā)明完成了其功能。其中該傳感器信號(hào)處理電路進(jìn)行的信號(hào)處理的方式被稱為主動(dòng)式。實(shí)施例4
與實(shí)施例1的區(qū)別在于，該溫度傳感器采用現(xiàn)有的數(shù)字溫度傳感器芯片，且原子吸收泡組件中充制的是堿金屬銫，剩余部分填充惰性氣體氮?dú)夂蜌鍤狻０凑丈鲜鰧?shí)施例，便可很好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.原子電流傳感器，其特征在于，包括光源控制電路，受光源控制電路控制的光源，接收光源發(fā)出的光信號(hào)的原子吸收泡組件，以及與原子吸收泡組件進(jìn)行交互的傳感器信號(hào)處理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述光源控制電路包括 溫度傳感器； 將溫度傳感器輸出的線性電壓進(jìn)行放大的運(yùn)算放大器； 將運(yùn)算放大器放大后輸出的線性電壓進(jìn)行功率放大的功率放大器，其中功率放大器與光源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述原子吸收泡組件包括 內(nèi)充有堿金屬惰性氣體的吸收泡，其中光源發(fā)出的光照射在該吸收泡上； 設(shè)置在吸收泡一邊的偏振片，該偏振片由半圓形的第一偏振片和半圓形的第二偏振片貼合而成； 與偏振片相鄰并遠(yuǎn)離吸收泡、用于聚光的第一凸透鏡，設(shè)置在吸收泡另一邊的第二凸透鏡； 與第二凸透鏡相鄰并遠(yuǎn)離吸收泡的光電池； 纏繞在吸收泡上、并產(chǎn)生激勵(lì)電磁場(chǎng)的耦合線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述原子吸收泡組件和光源均設(shè)置在用于屏蔽外界電磁干擾的磁屏盒內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述傳感器信號(hào)處理電路包括 接收光電池信號(hào)的帶通放大器； 依次相連的低頻振蕩器、移相器和相敏檢波器，該相敏檢波器與帶通放大器相連，其中帶通放大器同時(shí)輸出信號(hào)到低頻振蕩器； 連接于低頻振蕩器和耦合線圈之間的壓控振蕩器，該壓控振蕩器還設(shè)置有第二輸出端; 連接于相敏檢波器和壓控振蕩器之間的積分器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述傳感器信號(hào)處理電路包括帶有兩個(gè)輸出端的90°移相器，接收光電池信號(hào)并輸出信號(hào)到90°移相器的帶通放大器，且90°移相器的一個(gè)輸出端與稱合線圈相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求3 6任一項(xiàng)所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述偏振片呈半圓形狀，且吸收泡內(nèi)充制有金屬銣或銫，以及起緩沖作用的惰性氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的原子電流傳感器，其特征在于，所述溫度傳感器為溫度傳感器芯片或數(shù)字溫度傳感器芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原子電流傳感器，屬于電子領(lǐng)域。本發(fā)明包括光源控制電路、受光源控制電路控制的光源、接收光源發(fā)出的光信號(hào)的原子吸收泡組件以及與原子吸收泡組件進(jìn)行交互的傳感器信號(hào)處理電路。通過以上設(shè)置，本發(fā)明克服了在高精度電流檢測(cè)的工程檢測(cè)和電流計(jì)量檢測(cè)等領(lǐng)域使用電磁式傳感器無法很好地滿足要求的缺陷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高，適合推廣使用。
文檔編號(hào)G01R19/00GK103048520SQ201210561438
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者曹遠(yuǎn)洪 申請(qǐng)人:成都天奧電子股份有限公司