专利名称：新型光纤阀位回讯器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测阀门开关及开启大小的检测装置，更确切地说，涉及一种利用光纤弯曲损耗变化检测阀门开启状态的装置。
背景技术：
现有的流体运输都需要通过管道输送进行，其中诸多环节均要由不同的阀门来对各个管道进行控制，因此阀位的控制及其状态信息的获取就显得非常重要。现有的阀位回讯器主要有机械触点式、磁簧开关式、电磁式等，但它们的缺点很多，如机械触点式由于密封不严，造成漏水、漏气、漏液，结果导致触点腐蚀，接触不良；磁簧开关式和电磁式因为器件不可靠以及强烈的电磁干扰，会经常误检误报。中国专利申请号为01229930. 8《光纤阀位回讯器》、中国专利申请号为0U69646. 3 《阀位回讯器》以及中国专利申请号为200420071046. 4《用于直行程气缸阀门的光纤回讯器》的三项专利申请均提出了一种原理近似的光纤阀位回讯器，即通过阀位探杆的移动驱动一阻挡物或反射物来改变光纤探测回路中的光信号的变化，其优点是防电磁干扰、可以远距离检测，但其缺点是光纤在探测点处是断开的，导致其需要精确的对准装置，以及采取抗震、防灰尘等多种抗干扰措施；另外，该方案的光纤阀位回讯器只能检测到阀位的开关状态，对于阀位开启的过程状态没能力检测，从而限制了该类传感器的使用范围。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于光纤弯曲损耗的阀位回讯器，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并且生产、使用、维护成本低。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种新型光纤阀位回讯器，包括壳体10，主弹簧15，辅助弹簧16，在壳体10内设置有与阀门相连接的探杆9，其特征在于 位于壳体10内、通过辅助弹簧16与探杆9连接的有一多圈型微弯元件，多圈型微弯元件内的相对两侧布设有多个变形齿，变形齿间夹持有信号光纤6，信号光纤6的通过延长光纤1 接测试单元5，测试单元5后接处理单元7。阀门的阀位变化时，带动探杆9的移动，从而使壳体10内的多圈型微弯元件的长度变化，多圈型微弯元件内的相对两侧的变形齿之间的距离改变，这样也会改变夹持在相对两侧变形齿间信号光纤6的弯曲曲率，测试单元5通过检测信号光纤6内部传输光信号功率的变化获取探杆9的移动距离，测试单元5将检测到的信号传递给处理单元7，处理单元7计算出阀门的阀位变化的状态。所述的多圈型微弯元件是由一个曲线型壳体4构成，布设在所述的曲线型壳体4 内部相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤6的两侧。所述的多圈型微弯元件是由一个弹簧型的、在相邻两圈弹簧丝8上布设有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。所述的多圈型微弯元件是由一个波纹管20构成，在波纹管20的管壁2的内凹处的相对两个侧面上安置有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿 4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4_2对应布设在信号光纤 6的两侧。所述的多圈微弯元件是由单层的平板锯齿型微弯元件构成，即两块锯齿板18构成。所述的多圈微弯元件是由单层的平板锯齿型微弯元件构成，且所述的信号光纤以螺旋盘绕的方式形成多圈结构并夹持于平板锯齿型微弯元件中。所述的多圈微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成，即由三块或三块以上的锯齿板18构成。在所述的壳体10内，只有探杆9的部分和多圈微弯元件。位于所述的多圈微弯元件的夹持于两列变形齿之间的信号光纤6的一端安置有光反射装置46，如反射镜或光纤光栅。所述的信号光纤6的另一端与1X2分路器45的1 口连接，1X2分路器45的2 口与测试单元5的连接。二个或二个以上的壳体10中的多圈型微弯元件中的信号光纤6串联在一根光纤。 在任意两个多圈型微弯元件之间安置有光反射装置46，优选的做法是低反射损耗的反射镜或光纤光栅。所述的阀门是安全阀、减压阀、呼吸阀、电磁阀或电动阀。在壳体10内填充有阻水油膏。所述信号光纤6为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明的新型光纤阀位回讯器，具有结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；2、本发明的新型光纤阀位回讯器，因使用光纤多圈微弯元件，使本装置具有抗电磁干扰、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可远距离检测、便于复用组网等诸多优占.
^ \\\ 3、本发明的新型光纤阀位回讯器，由于可以采用的光源-光功率法测试，从而可以大幅度降低测试单元5的成本，从而使本装置的整体成本大幅度降低，使本装置具有广阔的使用范围。4、本发明的新型光纤阀位回讯器，因使用光纤多圈微弯元件，从而可以检测阀位的任意状态，并可以做到同时检测大量的阀门状态，使节约能源、节约原材料、低碳排放、自动控制等方面的应用能以较低的成本来实现。综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、 使用效果好，并具有成本低、可以远距离检测、易组网复用等优点，使本发明的装置具有良好的使用前景。
下面通过附图和实施例，对发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明第一具体实施方式
的结构示意图。图2为本发明第一具体实施方式
中曲线型壳体4的横截面结构示意图。图3为本发明第二具体实施方式
的结构示意图。图4为本发明第三具体实施方式
的结构示意图。图5为本发明第四具体实施方式
的结构示意图。图6为本发明第五具体实施方式
的结构示意图。图7为本发明第六具体实施方式
的结构示意图。图8为本发明第七具体实施方式
的结构示意图。图9为本发明第七具体实施方式
中弹簧丝8及其变形齿、信号光纤6的局部横截面结构示意图。图10为本发明第八具体实施方式
的结构示意图。图11为本发明第八具体实施方式
中波纹管20的局部横剖面结构示意图。附图标记说明
1-延长光纤；2-波纹管管壁；4-曲线型壳体■’5-测试单元；6-信号光纤■’7-处理单元■’8-弹簧丝■’9-探杆■’ ο-壳体■’15-主弹簧■’16-辅助弹簧；17-平垫圈；18-锯齿板■’20-波纹管■’45-1X2光分路器■’46-光反射装置■’4-1-A侧变形齿■’4-2-B侧变形齿。
具体实施例方式实施例1如图1、图2所示，本发明中，包括壳体10，主弹簧15，辅助弹簧16，在壳体10内设置有与阀门相连接的探杆9，特别是位于壳体10内、通过辅助弹簧16与探杆9连接的有一多圈型微弯元件，该多圈型微弯元件是由曲线型壳体4构成，辅助弹簧16与曲线型壳体 4通过平垫圈17接触，布设在所述的曲线型壳体4内部相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4_1 和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤6的两侧。阀门的阀位变化时，带动探杆9的移动， 从而使壳体10内的曲线型壳体4的长度变化，曲线型壳体4内的相对两侧的变形齿之间的距离改变，这样会改变夹持在相对两侧变形齿间信号光纤6的弯曲曲率，测试单元5通过检测信号光纤6内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元7，处理单元7计算出探杆9的移动距离，从而获取阀门的阀位变化的状态。所述的阀门可以是安全阀、减压阀、呼吸阀、电磁阀或电动阀。如弹簧式安全阀中的作用于阀瓣的弹簧与本实施例中的主弹簧就可以是同一个弹簧，这样就把本实施例中的阀位回讯器与弹簧式安全阀结合起来，在使用中，若安全阀开启，则通过远端的测试单元5 就可以获知阀位的开启信息，为自动或远程控制提高现场的状况。在壳体10内填充有阻水油膏用以防水及延长信号光纤的使用寿命。所述信号光纤6为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。实施例2如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述的壳体10内没有主弹簧15。 本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例3如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述的壳体10内没有主弹簧15 和辅助弹簧16。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例4如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述的信号光纤6夹持在两锯齿板18之间，探杆9通过辅助弹簧16与锯齿板18接触，探杆9随阀位移动后，辅助弹簧16 的长度就变化，从而使两锯齿板18之间的压紧力变化，两锯齿板18之间的距离也就变化， 使信号光纤6的弯曲曲率变化，测试单元5检测到该变化，并传递给处理单元7，处理单元7 计算出探杆9的移动距离，从而获取阀门的阀位变化的状态。信号光纤6可以以螺旋盘绕的方式敷设于两锯齿板18之间，延长信号光纤6的有效长度，提高测试的精度。当然也可以由三个或三个以上的锯齿板18构成两层或两层以上的微弯结构，延长信号光纤6的有效长度，提高检测的精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例5如图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述的信号光纤6的一端安置有光反射装置46，信号光纤6的另一端通过延长光纤1连接一 1X2光分路器45的1 口，1X2 光分路器45的2 口接测试单元5。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例6如图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是有两个构成多层微弯元件的曲线型壳体4中的信号光纤6通过延长光纤1串联在一起，形成准分布式光纤传感系统，在两个曲线型壳体4中之间的延长光纤1上安置有光反射装置46，如光纤光栅，当然优选的做法是选用低反射率的光纤光栅。这时测试单元5的优选是使用光时域反射计(OTDR)，通过光时域反射计的测试曲线可以得到任意一个回讯器的变化，进一步的可以通过测量光反射装置46的反射信号的高度反应出该光反射装置46前面的回讯器的变化，从而进一步提高测试精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例7如图8、图9所示，本实施例中，与实施例1不同的是多圈微弯元件是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝8上有相互交错对应变形齿的元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤 6。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例7如图10、图11所示，本实施例中，与实施例1不同的是多圈微弯元件是由一个波纹管20构成，在波纹管20的管壁2上的凹处的相对两个面上分别布设有多个A侧变形齿 4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4_2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤6的两侧。本实施例中，其余部分的结构、 连接关系和工作原理均与实施例1相同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.新型光纤阀位回讯器，包括克体(10)，在壳体(10)内设置有与阀门粗连接的探杆(9)，其特征在于位于壳体(10)内、通过辅助弹簧(16)与探杆(9)连接的有一多圈型微弯元件，多圈型微弯元件内的相对两侧布设有多个变形齿，变形齿间夹持有信号光纤(6)，信号光纤(6)通过延长光纤(1)接测试单元(5)，测试单元( 后接处理单元(7)。
2.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的多圈型微弯元件是由一个曲线型壳体(4)构成，布设在所述的曲线型壳体内部相对两侧的多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿G-2)，所述的A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4- 呈交错布设，A侧变形齿G-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(6)的两侧。
3.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的多圈型微弯元件是由一个弹簧型的、在相邻两圈弹簧丝(8)上布设有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤(6)。
4.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的多圈型微弯元件是由一个波纹管00)构成，在波纹管00)的管壁O)的内凹处的相对两个侧面上安置有多个A侧变形齿G-1)和多个B侧变形齿G-2)，所述的A侧变形齿G-1)和B侧变形齿 (4-2)呈交错布设，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4- 对应布设在信号光纤(6)的两侧。
5.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的多圈微弯元件是由单层的平板锯齿型微弯元件构成，即两块锯齿板(18)构成。
6.按照权利要求5所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的信号光纤(6)以螺旋盘绕的方式形成多圈结构并夹持于两块锯齿板(18)之间。
7.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的多圈微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成，即由三块或三块以上的锯齿板<(18)构成。
8.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于在所述的壳体(10)内， 只有探杆(9)的部分和多圈微弯元件。
9.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于位于所述的多圈微弯元件中、夹持于两列变形齿之间的信号光纤6的一端安置有光反射装置G6)。
10.按照权利要求9所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的信号光纤(6)的另一端与1X2分路器05)的1 口连接，1X2分路器05)的2 口与测试单元(5)的连接。
11.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于二个或二个以上的壳体(10)中的多圈型微弯元件中的信号光纤(6)串联在一根光纤。
12.按照权利要求1所述的新型光纤阀位回讯器，其特征在于所述的阀门是安全阀、 减压阀、呼吸阀、电磁阀或电动阀。
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤弯曲损耗变化的新型光纤阀位回讯器，主要是在壳体(10)内、与探杆(9)连接的有一多圈型微弯元件，多圈型微弯元件是敏感元件并可以由多种结构构成，如由曲线型壳体(4)构成时，在曲线型壳体(4)内部的相对两侧布设有多个变形齿，变形齿间夹持有信号光纤(6)。阀门阀位的变化带动探杆(9)的移动并使曲线型壳体(4)的长度变化，引发其内部两侧变形齿间的位置变化，使夹持在两侧变形齿之间的信号光纤(6)的弯曲曲率变化，从而改变了信号光纤(6)的微弯损耗，测试单元(5)检测到该微弯损耗变化，从而获取阀门阀位的变化和状态。本装置精度高、成本低、易于复用组网，具有广阔的应用前景。
文档编号F16K37/00GK102374333SQ201010260210
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司