專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器，更確切地說(shuō)是涉及一種光纖壓力傳感器。
傳統(tǒng)傳感器包括電阻傳感器、熱電偶傳感器、壓力晶體傳感器和電容傳感器等。光纖傳感器將傳統(tǒng)傳感器與光通信技術(shù)結(jié)合，是一種新型的傳感器。由于采用光纖傳輸故可應(yīng)用于易燃、易爆、有強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾和核輻射的環(huán)境中，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家從八十年代中期開(kāi)始研究，90年代初期已有了產(chǎn)品，我國(guó)從八十年代中期開(kāi)始研究，目前正處于從實(shí)驗(yàn)室步入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的階段。
光功率推動(dòng)傳感器，主要取決于微功耗集成電路、低成本光纖傳輸和微功耗調(diào)制技術(shù)的發(fā)展水平。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種具有微功耗調(diào)制的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器。
本實(shí)用新型的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，包括雙芯光纖和位于雙芯光纖兩端、分別由光調(diào)制器及光解調(diào)器組成的光電、電光信號(hào)變換器，一條光纖一端的光調(diào)制器是由方波調(diào)制器、光驅(qū)動(dòng)器和光耦合器構(gòu)成的光功率發(fā)射電路，該光纖另一端的光解調(diào)器是由光探測(cè)器、升壓電路和整流電路均成的光電功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的另一條光纖一端且與所述光電功率轉(zhuǎn)換電路于一側(cè)的光調(diào)制器包括將脈沖寬度信號(hào)變成脈沖位置信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路及其與之順序連接的驅(qū)動(dòng)器和光耦合器，所述光電功率轉(zhuǎn)換電路的整流電路輸出接所述檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)器及光耦合器的工作電源端；該條光纖另一端且與所述的光功率發(fā)射電路于一側(cè)的光解調(diào)器包括順序連接的光探測(cè)器、電流/電壓接口電路和將脈沖位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖寬度信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路。
所述的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路由頻率隨現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)變化的振蕩器、與振蕩器輸出連接并由脈沖上升沿觸發(fā)的窄脈沖發(fā)生器、與振蕩器輸出連接并由脈沖下降沿觸發(fā)的窄脈沖發(fā)生器和對(duì)兩窄脈沖發(fā)生器輸出信號(hào)作或邏輯操作的或門(mén)構(gòu)成。
所述的檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路包括由脈沖前沿觸發(fā)的第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、由脈沖后沿觸發(fā)的第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器；所述電流/電壓接口電路輸出并接第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的前沿觸發(fā)控制端和D觸發(fā)器的CP端，第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端接第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的后沿觸發(fā)控制端，第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端接D觸發(fā)器的輸入D端。
所述檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為6us的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為150ms的后沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
一條光纖及其兩端的光功率發(fā)射電路及光電功率轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成光功率推動(dòng)通道，另一條光纖及其兩端的光信號(hào)調(diào)制、光信號(hào)解調(diào)電路構(gòu)成檢測(cè)信號(hào)通道；由光功率推動(dòng)通道的光電功率轉(zhuǎn)換電路為檢測(cè)信號(hào)通道的光信號(hào)調(diào)制器提供工作電源，使傳感器的這一側(cè)可設(shè)置在易燃、易爆、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾等的危險(xiǎn)區(qū)，而傳感器的另一端則可設(shè)置在安全工作區(qū)；檢測(cè)信號(hào)通道的光信號(hào)調(diào)制電路將頻率與檢測(cè)信號(hào)有關(guān)的脈沖寬度信號(hào)調(diào)制成脈沖位置信號(hào)，消耗功率極小，再將脈沖位置的變化轉(zhuǎn)換成光脈沖經(jīng)光耦合器輸入給檢測(cè)信號(hào)通道的光纖傳輸；檢測(cè)信號(hào)通道的光信號(hào)解調(diào)器將發(fā)射端發(fā)射的脈位調(diào)制(PPM)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，即可送數(shù)據(jù)處理器(微處理機(jī))作相應(yīng)的處理。
本實(shí)用新型在檢測(cè)信號(hào)的光纖一端采用由PWM轉(zhuǎn)為PPM的技術(shù)方案，是為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)端微動(dòng)耗的目的，由于該端是利用光功率發(fā)射推動(dòng)供電，因而要求消耗功率少，用窄脈沖調(diào)制光源雖然峰值大但平均功耗少，因而可滿(mǎn)足在特珠場(chǎng)合下檢測(cè)信號(hào)的要求。
下面結(jié)合實(shí)施例附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)。


圖1、光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器原理框圖。
圖2、圖1中光功率推動(dòng)通道的光功率發(fā)射電路圖。
圖3、圖1中光功率推動(dòng)通道的光電功率轉(zhuǎn)換電路圖。
圖4、圖1中檢測(cè)信號(hào)通道的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路圖。
圖5、圖4中檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路各點(diǎn)波形圖。
圖6、圖1中檢測(cè)信號(hào)通道的檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路圖。
圖7、圖6中檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路各點(diǎn)波形圖。
圖8、差動(dòng)電容探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
參見(jiàn)圖1、方波調(diào)制器111、光驅(qū)動(dòng)器112、光耦合器113、光纖121、光探測(cè)器131、升壓電路137、整流電路133構(gòu)成傳感器的光功率推動(dòng)通道，光纖121一端是光功率發(fā)射，另一端是光電功率轉(zhuǎn)換，輸出直流電壓V+。
微動(dòng)耗的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路151、驅(qū)動(dòng)器152、光耦合器153、光纖161、光探測(cè)器171、I/V接口模塊172和檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路173構(gòu)成檢測(cè)信號(hào)通道。檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路151、驅(qū)動(dòng)器152、光耦合器153由V+供電。光纖161一端是檢測(cè)信號(hào)調(diào)制，另一端是檢測(cè)信號(hào)解調(diào)，解調(diào)出的檢測(cè)信號(hào)可送最小微機(jī)系統(tǒng)181等數(shù)據(jù)處理器作顯示及相應(yīng)的信號(hào)處理。
圖中141是與傳感器連接的差動(dòng)電容探頭，實(shí)施例采用了功耗小、性能好的1751系列，其結(jié)構(gòu)示意于圖8，包括左、右隔離膜片81、焊接密封點(diǎn)82、灌充硅油的油室83、剛性絕緣體84、測(cè)量膜片85、電容器固定電極86和電容器引線(xiàn)87，通過(guò)探頭電容CH、CL的容值變化可檢測(cè)出探頭兩測(cè)壓力P1、P2的變化。CL為低壓端電容值，CH為高壓端電容值。
差壓電容探頭向檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路151輸出電容信號(hào)，檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路151將電容的變化轉(zhuǎn)換成脈位調(diào)制信號(hào)，窄脈沖將脈位的變化轉(zhuǎn)換成光脈沖，經(jīng)光耦合器153輸入給光纖161傳輸，上述過(guò)程構(gòu)成用傳統(tǒng)傳感器調(diào)制光信號(hào)的光發(fā)射過(guò)程。在接收端，通過(guò)光探測(cè)器171將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)解調(diào)器173解調(diào)出檢測(cè)信號(hào)。
在光功率推動(dòng)通道中，首先由方波脈沖調(diào)制光源，發(fā)射光脈沖，并將光脈沖耦合到光纖121中傳輸，經(jīng)光探測(cè)器131作光電轉(zhuǎn)換輸出電信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成直流電壓V+。
實(shí)施例的光纖121、161采用雙芯通訊光纜，光纖與光源、光纖與探測(cè)器的耦合及光電探測(cè)器件，均采用本申請(qǐng)人的專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品(如CN94212804·4的光/電接口器)。實(shí)施例光源采用高強(qiáng)度的LED或LD。
參見(jiàn)圖2，集成時(shí)基芯片CI1(555)及其外圍元件構(gòu)成振蕩器，輸出方波電壓信號(hào)，經(jīng)集成運(yùn)放器CI2(TL072)放大、晶體三極管T1驅(qū)動(dòng)，將恒壓源轉(zhuǎn)換成恒流源，再通過(guò)發(fā)光管LED1調(diào)制光源，經(jīng)光耦合器113送光纖121完成光功率發(fā)射。
參見(jiàn)圖3，來(lái)自光纖121的光功率經(jīng)光探測(cè)器131被光接收二極管LED2接收，經(jīng)升壓變壓器B、橋式整流濾波電路D1-D4、C1轉(zhuǎn)換成大于3·5V的直流電壓V+。
參見(jiàn)圖4，并參考圖5的波形圖，為檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路，由模似開(kāi)關(guān)CD4046、振蕩觸發(fā)器CD4047、差壓電容探頭的高、低壓電容CH、CL及電阻R構(gòu)成電容脈沖寬度調(diào)制器。振蕩觸發(fā)器CD4047的Q、Q反端分別控制模擬開(kāi)關(guān)CD4046將CH、CL接入振蕩電路，即使CD4047中兩振蕩器輸出脈沖信號(hào)的寬度輪流受兩差動(dòng)電容CH和CL調(diào)制，其調(diào)制脈寬周期可分別表示為t1、t2(如圖5所示)，t1與電阻R、直流電源電壓V+、振蕩器芯片的傳遞電壓VTR和CH有關(guān)，t2與R、V+、VTR及CL有關(guān)。
兩片CD4047組成脈寬脈位轉(zhuǎn)換電路，脈寬調(diào)制器輸出的VQ信號(hào)分別加到由正觸發(fā)沿觸發(fā)和負(fù)觸發(fā)沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上，產(chǎn)生兩窄脈沖信號(hào)V2、V1(如6us)，兩窄脈沖信號(hào)加到或門(mén)CD4071的兩輸入端，或門(mén)輸出合成波形V3，再調(diào)制三極管3DK4的基極，并驅(qū)動(dòng)LED發(fā)射出系列脈沖信號(hào)。由于發(fā)端調(diào)制器設(shè)計(jì)成微功耗電路，因而由圖3電路提供的電能能滿(mǎn)足推動(dòng)其工作的要求。
參見(jiàn)圖6并參考圖7的波形圖，為檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路，是將由圖4電路發(fā)射的PPM調(diào)制光脈沖信號(hào)恢復(fù)為PWM調(diào)制的電信號(hào)，送微處理機(jī)等作除法、對(duì)數(shù)運(yùn)算。
光探測(cè)器171將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并通過(guò)集成運(yùn)算放大器TL072將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。圖中U1(CD4047)及其外圍元件接成6us的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，U2(CD4047)及其外圍元件接成150ms的后沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，從而解決了PPM/PWM變換的脈沖寬度、脈沖極性的唯一確定性的問(wèn)題。由D觸發(fā)器(CD4013)輸出有確定極性的唯一的PWM信號(hào)脈沖，由于處在接收端，是不怕耗電的，因而可采用由PPM轉(zhuǎn)接為PWM的技術(shù)。
本實(shí)用新型將傳統(tǒng)傳感器的特殊優(yōu)點(diǎn)與光纖通信技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成一種光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，采用PPM與PWM的調(diào)制、解調(diào)技術(shù)，解決了危險(xiǎn)場(chǎng)所及有易燃、易爆、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾和核幅射的環(huán)境中的信號(hào)傳感、檢測(cè)、傳輸問(wèn)題。
權(quán)利要求1.一種光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，包括雙芯光纖和位于雙芯光纖兩端、分別由光調(diào)制器及光解調(diào)器組成的光電、電光信號(hào)變換器，一條光纖一端的光調(diào)制器是由方波調(diào)制器、光驅(qū)動(dòng)器和光耦合器構(gòu)成的光功率發(fā)射電路，該光纖另一端的光解調(diào)器是由光探測(cè)器、升壓電路和整流電路均成的光電功率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的另一條光纖一端且與所述光電功率轉(zhuǎn)換電路于一側(cè)的光調(diào)制器包括將脈沖寬度信號(hào)變成脈沖位置信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路及其與之順序連接的驅(qū)動(dòng)器和光耦合器，所述光電功率轉(zhuǎn)換電路的整流電路輸出接所述檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)器及光耦合器的工作電源端；該條光纖另一端且與所述的光功率發(fā)射電路于一側(cè)的光解調(diào)器包括順序連接的光探測(cè)器、電流/電壓接口電路和將脈沖位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖寬度信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，其特征在于所述的檢測(cè)信號(hào)調(diào)制電路由頻率隨現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)變化的振蕩器、與振蕩器輸出連接并由脈沖上升沿觸發(fā)的窄脈沖發(fā)生器、與振蕩器輸出連接并由脈沖下降沿觸發(fā)的窄脈沖發(fā)生器和對(duì)兩窄脈沖發(fā)生器輸出信號(hào)作或邏輯操作的或門(mén)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，其特征在于所述的檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路包括由脈沖前沿觸發(fā)的第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、由脈沖后沿觸發(fā)的第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和D觸發(fā)器；所述電流/電壓接口電路輸出并接第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的前沿觸發(fā)控制端和D觸發(fā)器的CP端，第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端接第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的后沿觸發(fā)控制端，第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端接D觸發(fā)器的D輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器，其特征在于所述檢測(cè)信號(hào)解調(diào)電路第一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為6us的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為150ms的后沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖式壓力傳感器，是一種具有微功耗調(diào)制的光纖傳輸光功率推動(dòng)微功耗差壓傳感器。包括雙芯光纖和位于雙芯光纖兩端分別由光調(diào)制器及光解調(diào)器組成的光電、電光信號(hào)變換器。一條光纖及兩端的光功率發(fā)射電路、光電功率轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成光功率推動(dòng)通道。另一條光纖及兩端的PWM-PPM，PPM-PWM調(diào)制、解調(diào)電路構(gòu)成檢測(cè)信號(hào)通道，并由光電功率轉(zhuǎn)換電路為PWM-PPM調(diào)制電路提供工作電源。適于傳感檢測(cè)傳輸危險(xiǎn)場(chǎng)所等的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01L11/02GK2255613SQ9522399
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月3日
發(fā)明者劉瑞復(fù), 郭耀麟, 史錦珊 申請(qǐng)人:劉瑞復(fù), 郭耀麟, 史錦珊