专利名称：微功耗光纤传输多参数传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化过程控制用热工测量仪表，具体说属于微功耗光纤传输多参数变量差动电容式差压或压力、温度传感器。
现有自动控制领域使用的大量现场差压/压力、温度测量仪表，一类是气动仪表，用空气压力的变化来传送被测信息，一类是用按模拟量变化的电信号来传送被测信息，一类是用按数字量变化的电信号来传送被测信息。上述三类仪表工作时都需要消耗较多的能源，一般电源为30～40mw的功耗，传输的方式有管道传输、导线传送、无线电调制发射传送。为了达到0.7mw以下的微功耗工作，采取光信号用光导纤维传送现场测量信息，曾有专利号95223991.4介绍光纤传输光功率推动微功耗差压传感器，在实际应用中发现存在较多问题，特别是其应用在差动电容结构，其共用电极需接外壳，大地及被测介质相接触的传感器采用该专利，电路无法使测量值稳定，在外界干扰下会造成振荡器停振，传感器无信号输出，但采用差动电容结构，无法做到共用电极与被测介质及大地相隔离，因此采用该专利技术无法生产产品。同时该项专利技术，在一根光纤通道仅能传送单路压力信号，无法对多参数如温度、压力、差压等信号综合传送，因此也无法对温度性能进行补偿修正，另外其发送端的光功率转换电路中电压变化大，造成发送数据不稳定，使测量误差增大，在其接收端的解调电路中稳定性差，电路参数需经常调整，因此在公共电极接地的差动电容式传感器中无法应用。
本实用新型的目的是提供同一根光纤进行多参数信息传输，用于大地及被测介质相接触的传感器其测量值稳定，同时保持发送端与接收端的电路稳定，能适应具有公共电极接地的差动电容式传感器的一种微功耗光纤传输多参数传感器。
为完成上述的目的所采取的技术方案；差动电容膜盒测量头设连接件与安装法兰连接，并再通过连接转换部件，转换部件通过光纤连接控制器，差动电容膜盒由两侧隔离膜片组件，中间为绝缘层，绝缘层的中间由共用电容极板和两边为固定电容极板和引出线，中间填充硅油，上述隔离膜片组件、共用电容极板、电容座焊接成三条焊环组成差动电容膜盒，差动电容膜盒测量头设连接件与装法兰连接，并再通过连接件连接转换部件，转换部件通过光纤连接控制箱，其中转换部件内设置由发光二极管D2连接变压器B初级，其次级连接稳压管Z1～Z6、二极管D3、电阻R5～R6、电容C2和电容E1～E3组成的光推动电源生成电路及由差动电容CH、CL和热敏电阻RT分别通过R10、R9和电容C4连接集成块U1CD4013和U2CD4013的D触发器，同时连接反向器U5CD4069和U6、U7CD4051模拟开关，U6和U7另连接振荡电路U3CD4069和计时电路U4CD4069以及R14、R7～R8、和C3,C7另连接三极管T3、发光二极管D4、电阻R13组成的信号检测编码调制电路构成，并连接光纤，由光纤送至控制箱，而上述的控制箱内由电阻R1、R2和电容C1分别连接集成块六反向器方波振荡器U14CD4069，通过R3和R4连接三极管T2及激光二极管D1组成的光推动激励电路及由光探测器D5,D5连接R15和C7及三极管T4，经放大连接集成块U4和R18、C8并连接JK触发器U12CD4047,U12信号送至异或门电U1374LS89直至CPU2，另送至CPU1组成测量信号接收介调处理电路。
本实用新型采用差动电容式结构的差压/压力传感器与有特殊优点的光纤通信技术相结合，并能在同一根光纤中采用脉宽调制、脉冲编码、脉位发送的方法，实现参数传输并达到微功耗的要求具有推广价值，能用光推动方法来为传感器提供能源，也可用传感器内部自带电池作电原，具有很大灵活性和安全性，适用于易燃易爆介质测量和场合，更能适用于强电磁辐射的环境，另外本发明可抛弃复杂的配电设备，而靠仪表内自带符合本质安全防爆要求的锂电池工作。
本实用新型实施例结合附图加以详细描述。
图1本实用新型结构图；图2本实用新型传感器膜盒结构图3本实用新型信号检测编码调制电路图；图4本实用新型光推动电源生成电路图图5本实用新型光推动激励电路图；图6本实用新型测量信号接收介调处理电路图。
根据图1所示，差动电容膜盒测量头设连接件与安装法兰连接，并再通过连接转换部件，转换部件通过光纤连接控制器，差动电容膜盒如图2所示，由两侧隔离膜片组件7，中间为绝缘层11，绝缘层11的中间由共用电容极板10和两边为固定电容极板9、引出线8其中间填充硅油。根据图1和图2所示，由两侧隔离膜片组件7，中间为绝缘层11，绝缘层11的中间由共用电容极板10和两边为固定电容极板9、引出线8其中间填充硅油12、隔离膜片组件7、共用电容极板10、电容座13焊接成三条焊环14组成的差动电容膜盒1，其共用电容极板10与其两侧的固定电容极板9及中间填充的硅油12构成二个电容器，高压侧为电容CH，低压测电容CL，外界被测压力P1,P2作用于两侧隔离片上，通过硅油12传递压力作用于共用电容极板10上，使共用电容极板10产生位移，使CH与CL的电容量发生变化，通过检测CH和CL的电容量变化可测出P1与P2的差值，差动电容由三条焊环14与被测介质及大地直接接触，如此方式将压力及温度测量信号送至信号检测编码调制电路，如图3所示，U1、U2(可按需要增添)为D触发器(CD4013)构成传感器的脉宽检测电路，传感元件CH、CL、RT构成D触发器的RC充放电回路的定时元件，当这些元件参数受测量信号影响发生变化时，则D触发器的RC充电时间常数产生变化。在由U6输出脉冲的作用下，对应的D触发器输出端变为高电平，对RC回路充电。当C上的充电电平达到某一值时，由于RC回路的一端同D触发器的复位端相连，因此，使D触发器翻转，输出变为低电平。脉冲的宽度与传感元件的参数相关。D触发器的脉冲由U3反向器(CD4069)构成的时钟脉冲作为U4计数器(CD40193)的计数脉冲，计数器可以按需要设置成八进制(或16进制视D触发器数量而定)工作方式，其输出端信号作为U6、U7八路模拟开关(CD4051)的控制信号，驱动相应的开关动作。由于在模拟开关U6的公共端接高电平，故在选通的开关输出端口会产生一正脉冲，其持续的时间取决于时钟脉冲的频率，该正脉冲将触发相应的D触发器，使该D触发器的输出端产生取决于所接RC网络参数的正脉冲，其脉宽代表了被测信号的大小。由于U7的选通端口与U6相对应的选通端口的D触发器的输出端口相连，故在U7的的公共端获得按计数器U4控制时序所连接各个D触发器产生的脉冲群，该脉冲群的起始位可由计数器U4控制产生一个特定的识别脉冲，形成编码脉冲群(U7功能也可以用或门电路来完成)。
经U7公共端输出的编码脉冲群经由U8(MC14528)及其外接元件RC构成的3.5us脉宽分别由前后沿触发的两个单稳态触发器，将每一个脉宽信号转换成两个窄脉冲信号，其时间间隔等于原脉宽信号的宽度。两单稳态触发器输出窄脉冲送至或门电路U9(CD4071)的输入端，在U9的输出端形成了编码窄脉冲群驱动LED发光二极管D4转变为光脉冲，经光导纤维5传送至控制室二次仪表。
如图4所示，由光纤5传送的脉冲光源经D3硅光电池接收后，产生脉动直流电压，送至升压变压器B初级，在其次级产生较高脉动直流电压，经D1整流，R5、Z5、Z6、稳压，电容E1、C2、E2、E3、滤波后形成直流电源供其它电路作用。
在控制箱6内的推动激励电路如图4所示，U14CD4069为六反向器构成方波振荡器，经整形输出至三极管T1和T2构成的复合管驱动激光二极管D1，输出脉冲光源耦合至光纤5传送至现场传感器。又如图6所示，由光纤5传输的光脉冲信号经光探测器D5，转变为电脉冲信号，送至晶体管T4的基极，经放大在其集电极输出编码窄脉冲群，送至由U11(CD4027)构成的5us脉宽前沿触发的单稳态触发器，将脉冲展宽，送至由U12(CD4047)JK触发器，在JK触发器U12的Q及Q端便能解调出编码脉冲群信号或其倒相信号，该二个信号可直接送CPU1的INT0,INT1中断口，经CPU1对各脉宽信号的计数运算，便能取得对应测量值。也可将U12Q端信号送至由U13(74LS86)异或门电路，经由用两个异或门及RC电路构成的极性定向电路，在U13的输出端6脚可取得与调制信号相同的单一极性信号，供计算机或其它电路应用。
权利要求1.一种由差压传感器、温度检测敏感元件、光推动电路组成的微功耗光纤传输多参数传感器，其特征在于差动电容膜盒测量头(1)设连接件(2)与安装法兰(3)连接并再通过连接件连接转换部件(4)，转换部件(4)通过光纤(5)连接控制器(6)，其中转换部件(4)内设置由差动电容CH、CL和热敏电阻RT分别通过R10、R9和电容C4连接集成块U1CD4013和U2CD4013的D触发器，同时连接反向器U5CD4069和U6、U7CD4051模拟开关，U6和U7另连接振荡电路U3CD4069和计时电路U4CD40193，以及R14、R7～R8和C3,U7另连接U8MC14528和U9CD4071以及R11～R12和C5～C6，其U9连接三极管T3、发光二极管D4及电阻R13组成信号检测编码调制电路(15)、光推动电源生成电路(16)；控制器(6)内设置光推动激励电路(17)和测量信号接收介调处理电路(18)。
2.根据权利要求1所述的微功耗光纤传输多参数传感器，其特征在于测量信号接收介调处理电路(18)由光纤(5)连接光探测器D5,D5连接R15和C7及三极管T4经放大连接集成块U11和和R18、C8并连接JK触发器U12CD4047,U12信号送至异或门路U1374LS86至CPU2，另送至CPU1。
3.根据权利要求1所述的微功耗光纤传输多参数传感器，其特征在于差动电容膜盒(1)由两侧隔离膜片组件(7)，中间为绝缘层(11)，绝缘层(11)的中间由共用电容极板(10)和两边为固定电容极板(9)引出线8其中间填充硅油(12)组成，隔离膜片组件(7)、共用电容极板(10)、电容座(13)焊接成三条焊环(14)。
4.根据权要求1所述的微功耗光纤传输多参数传感器，其特征在于转换部件中的光推动电源生成电路(16)由发光二极管D2连接变压器B初极，其次极连接稳压管Z1～Z6、二极管D3、电阻R5和R6、电容C2电容E1～E3组成。
5.根据权利要求1所述的微功耗光纤传输多参数传感器，其特征在于光推动激励电路(17)由R1～R2和C1分别连接集成块六反向器构成方波振荡器U14CD4069，通过R3和R4连接三极管T1·T2及发光二极管D1组成。
专利摘要一种由差动电容膜盒测量头设连接件与安装法兰连接并再通过连接转换部件,转换部件通过光纤连接控制器,差动电容膜盒由两侧隔离膜片组成,中间为绝缘层,绝缘层的中间由共用电容极板和两边固定电容极板、引出线中间填充硅油、隔离膜片组件、共用电容极板、电容座焊接成三条焊环组成。
文档编号G01D21/02GK2462355SQ0021784
公开日2001年11月28日 申请日期2000年5月30日 优先权日2000年5月30日
发明者田泉林, 孙永文, 季翔 申请人:上海自动化仪表股份有限公司