本发明涉及传感计量装置的技术领域，尤其涉及一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计，实现对气体流量进行检测。
背景技术：
目前的流量计主要分为超声波型、电磁型和机械式，超声波流量计是利用超声波的传播速度随流速变化而发生变化的原理来测量气体流速的流量计。电磁型流量计主要用于测量导电液体的流速，电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中作切割磁力线运动时在导体中产生感应电动势，该感应电压与流体平均流速成正比。机械式流量计的工作原理是将叶轮置于被测气体中，受气体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。对于气体流量计，也有利用金属球来检测气体流量的。但是，目前的气体流量计的分辨率比较低，在面对微小流量时不能准确的检测出来，同时现有的流量传感器需要外接较复杂的信号处理电路以分析所检测的流量结果。
技术实现要素：
针对现有的气体流量计分辨率较低、检测精度不足、信号处理电路复杂的技术问题，本发明提出一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计，采用抗磁悬浮机理，减小检测部件的运动阻尼，提高了检测精度，以解决现有技术中气体流量计分辨率不够精细，导致不能检测微小流量以及传感处理电路复杂的技术问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计，包括外壳和盖板，盖板设置在外壳的上部，所述外壳内设有抗磁悬浮系统和光电对射式传感单元，所述抗磁悬浮系统包括自上而下依次设置的提升永磁体、上热解石墨板、磁铁转子和下热解石墨板，提升永磁体位于盖板的下方，所述磁铁转子自由悬浮于上热解石墨板和下热解石墨板之间，所述提升永磁体和磁铁转子的磁化方向均沿竖直方向且磁化方向相同；所述光电对射式传感单元包括激光灯、光敏电阻、电阻和数据处理器，光敏电阻设置在上热解石墨板上，激光灯设置在下热解石墨板上，激光灯发出的光直射于光敏电阻上，光敏电阻与电阻串联连接，电阻与数据处理器相连接；所述外壳的侧壁上设有相对应的进气孔和排气孔，进气孔与磁铁转子设置在同一水平面上；所述磁铁转子的外圆周上设有叶片和间隙，叶片和间隙位于激光灯发出光的光路上，数据处理器检测分析电阻上的电压信号得到气流流速。磁铁转子受到反方向的排斥力——抗磁力，在重力、磁拉力和抗磁力的共同作用下，磁铁转子将稳定悬浮于两个热解石墨板之间，不与任何物体接触。当气体从进气孔进入外壳内时，将驱动磁铁转子发生旋转，由于叶片的作用光敏电阻将间断的接收到激光灯的照射，进而光敏电阻的阻值将发生变化，引起串联的电阻上的电信号发生变化，数据处理器检测并分析电阻上的电压信号得到气流流速。
所述激光灯的外轮廓为圆柱形嵌于或附于下热解石墨板上，激光灯发出的激光光束的直径小于磁铁转子的最大直径和叶片底端直径之差的一半，激光灯发出的激光光束的轴线与磁铁转子的轴线之间的距离等于磁铁转子的最大直径与叶片底端直径之和的一半，所述光敏电阻嵌于或附于上热解石墨板上，光敏电阻与激光灯相对，光敏电阻的直径大于激光光束直径；所述叶片底端直径为叶片底端到磁铁转子中心的最小距离的二倍。
所述上热解石墨板和下热解石墨板上设有上下相对应的通孔，激光灯设置在下热解石墨板的通孔内，激光灯发出的激光光束与通孔同轴线，光敏电阻设置在上热解石墨板的通孔的上部。激光灯的光束应当尽可能的照射到光敏电阻上，这样能够使光敏电阻能够发生明显的变化。
所述磁铁转子的中心设有横截面为梯形的孔，梯形孔的直径较大一端在下、直径较小一端在上。梯形孔的顶部直径大于底部直径，转子的重心被降低，这样更有利于气流推动起立转子的旋转。
所述磁铁转子上设有至少3个均匀分布的叶片，叶片形状为矩形、半圆形或异形；所述磁铁转子采用钕铁硼磁体制成。设置多个叶片能够保证微小气流便能够驱动磁铁转子旋转。
所述磁铁转子沿圆周方向具有三个半圆形的豁口，豁口之间的部分为叶片，豁口的半径为2.5mm，磁铁转子的最大外径为18mm、厚度为1.5mm；磁铁转子的中心设有横截面为梯形的孔，梯形孔的顶径为5mm，梯形孔的底径为2mm，磁铁转子的材料为钕铁硼永磁体。
所述磁铁转子具有六个均匀分布的异形的叶片，叶片均沿顺时针方向倾斜，叶片的最大外径为18mm，叶片底端直径为10mm，厚度为1.5mm，叶片一条直边与直径为5.6mm的圆相切，两条直边的夹角为30°，磁铁转子的中心设有横截面为梯形的孔，该孔为凸台形，梯形孔的顶径为5mm，梯形孔的底径为2mm，磁铁转子的材料为钕铁硼永磁体。
所述提升永磁体为圆柱形或圆环形的钕铁硼磁体；所述上热解石墨板和下热解石墨板的外形为圆柱体或长方体；所述外壳为空心的圆柱体或长方体，采用不导磁材料制成，防止磁铁吸附到外壳内壁上，外壳选用不透光的材料制成，防止外界光线对光敏电阻的干扰。圆柱形和圆环形的提升永磁体形成的磁场将呈现圆周对称分布，在磁铁稳定悬浮的水平面上，磁铁转子无论转动任意角度受到的磁力都是不变的。
所述进气孔和排气孔的数量设有若干个，进气孔和排气孔对应设置在同一水平面上；所述进气孔的前端设有锥形收缩即横截面呈梯形的收缩结构，便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，气体引入口可以相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样便于调节气流作用与高定向磁铁转子的作用角度。
所述电阻的阻值小于光敏电阻在无光照照射时的阻值。
本发明的有益效果：利用磁铁转子自由悬浮于抗磁悬浮系统中，在磁铁转子的上下表面构成空气轴承，磁铁转子悬浮体运动时可以大大减小摩擦损耗，而且不需要外界能源输入；光敏电阻在光的照射下其阻值会发生变化，与之相串联的电阻上的电压会也发生变化，当微小气流推动磁铁转子转动时，激光的光斑将断断续续照射在光敏电阻上，通过数据处理器统计电信号的变化规律，通过磁铁转子的转速计算出气体流量的大小；磁铁转子设置有梯形的通孔，通孔的顶径比底径大，降低了磁铁转子的重心，有利于磁铁转子的稳定。本发明利用抗磁悬浮技术在热解石墨板的抗磁性与磁铁之间的磁吸引力、抗磁力和重力共同作用下，磁铁转子无摩擦的悬浮于热解石墨板之间，气体通过进气孔进入外壳的腔体，推动磁铁转子发生旋转，当磁铁转子旋转时激光灯的光线将间隔地照到光敏电阻上，光敏电阻的阻值发生变化，电阻上的电压将发生变化，其所分摊的电压也发生变化，数据处理器检测到电阻上的电压信号，从而确定气体的流量大小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明爆炸图1的结构示意图。
图2为本发明爆炸图2的结构示意图。
图3为本发明剖视图的结构示意图。
图4为本发明中磁铁转子的结构示意图。
图5为本发明的装配图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计是基于抗磁悬浮机理的气流计，包括外壳9和盖板1，盖板1设置在外壳9的上部，外壳9内设有抗磁悬浮系统和光电对射式传感单元，所述抗磁悬浮系统自上而下包括有提升永磁体2、上热解石墨板4、磁铁转子5和下热解石墨板6，所述提升永磁体2设于盖板1的下方，提升永磁体2为直径为15mm、厚度为10mm的圆柱体，牌号为n35的钕铁硼磁体。所述上热解石墨板4和下热解石墨板6为直径为22mm、厚度为2mm的圆柱形结构，上热解石墨板4和下热解石墨板6上加工有直径为3mm的通孔，这两个通孔上下相对应。上热解石墨板4和下热解石墨板6之间设有磁铁转子5，提升永磁体2和磁铁转子5的磁化方向相同，磁铁转子5自由悬浮于上热解石墨板4和下热解石墨板6之间，不与任何物体接触。磁铁转子5与上热解石墨板4和下热解石墨板6之间的空气构成了两个气体轴承，所述光电对射式传感单元由激光灯10、光敏电阻3、电阻8、数据处理器7组成，光敏电阻3、电阻8、数据处理器7附在上热解石墨板4上表面，光敏电阻3附在上热解石墨板4的通孔处，且光敏电阻3的光敏层面面向激光灯10，型号为5539。激光灯10设置在下部热解石墨板6的通孔内，激光灯10设于下热解石墨板6的下侧，激光灯10上端面紧贴于下热解石墨板6的下表面，激光灯10的圆形透射孔与下热解石墨板上的通孔同轴，光斑大小直径为3mm，工作电压为3v。电阻8和光敏电阻3相串联，电阻的阻值为680ω。数据处理器7与电阻8相并联，数据处理器7测试电阻8上的电压信号，电压超过0.5v时，数据处理器7计数一次，芯片统计次数再计算出磁铁转子5的转速，通过磁铁转子5转速计算出气流流速。所述外壳1的侧壁上设有进气孔和排气孔，进气孔和排气孔的直径为1mm，进气孔和排气孔与磁铁转子5设置在同一水平面上，当气体从进气孔进入外壳1的内部时，由于磁铁转子5只受到微弱的空气摩擦力，微小的气流便能够推动磁铁转子5旋转，随之激光将断断续续照射到光敏电阻3上，光敏电阻3的阻值也将随之变化，与之串联的电阻8的电压信号将被传输到数据处理器7，得到磁铁转子5的转速，进而得到气流的流量。
提升永磁体2为圆柱形或圆环形的钕铁硼磁体，圆柱形和圆环形的提升永磁体2产生的磁场呈现圆周对称分布，这有利磁体转子在转动过程中的稳定，同时磁铁转子5和提升永磁体2自动对中对齐。磁铁转子5沿圆周方向均匀分布有三个半径为2.5mm的半圆形的豁口，最大外径为18mm，厚度为1.5mm，磁铁转子5中心设有一个梯形孔，梯形孔的上部直径为5mm、下部直径为2mm，牌号为n38。由于钕铁硼材料比较脆，难以采用传统的加工方法加工，但是钕铁硼磁铁能够导电，可以采用线切割的方式加工需要的形状。外壳1的外形呈圆柱形，采用不导磁且不透明的材料制成。
作为优选的，为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，进气孔的气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口可以相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样便于调节气流作用与高定向磁铁转子5的作用角度。
实施例2
如图1所示，一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计是基于抗磁悬浮机理的气流计，包括外壳9和盖板1，盖板1设置在外壳9的上部，外壳9内设有抗磁悬浮系统和光电对射式传感单元，所述抗磁悬浮系统自上而下包括有提升永磁体2、上热解石墨板4、磁铁转子5和下热解石墨板6，所述提升永磁体2设于盖板1的下方。提升永磁体2呈现圆环形外径为15mm，内径为5mm，厚度为10mm，牌号为n35。上热解石墨板4和下热解石墨板6的直径为22mm，厚度为2mm，上热解石墨板4和下热解石墨板6上加工有直径为3mm的通孔。所述上热解石墨板4和下热解石墨板6之间设有磁铁转子，提升永磁体2和磁铁转子5的磁化方向相同，磁铁转子5自由悬浮于上热解石墨板4和下热解石墨板6之间，不与任何物体接触。磁铁转子5与上热解石墨板4和下热解石墨板6之间的间隙构成了两个气体轴承。所述光电对射式传感单元包括激光灯10、光敏电阻3、电阻8和数据处理器7，光敏电阻3、电阻8、数据处理器7附在上热解石墨板4的上表面，光敏电阻3附在上热解石墨板4的通孔处，且光敏层面面向激光灯，型号为5539。激光灯10设于下热解石墨板6的下侧，激光灯10上端面紧贴于下热解石墨板6的下表面，激光灯10的圆形透射孔与下热解石墨板6上的通孔同轴，光斑大小直径为3mm，工作电压为3v。电阻8和光敏电阻3相串联，电阻8的阻值为680ω，数据处理器7与电阻8相并联，数据处理器7测试电阻8上电压信号，电压超过0.5v时，数据处理器7计数一次，芯片统计次数再计算出磁铁转子5的转速，通过磁铁转子5转速计算出气流流速。所述的外壳1的侧壁上设有进气孔和排气孔，进气孔和排气孔的直径为1mm，进气孔和排气孔与磁铁转子5设置在同一水平面上。当气体从进气孔进入外壳内部时，由于磁铁转子5只受到微弱的空气摩擦力，微小的气流便能够推动磁铁转子5旋转，随之激光光束将断断续续照射到光敏电阻3上，光敏电阻3的阻值也将随之变化，与之串联的电阻8的电压信号将被传输到数据处理器7，得到磁铁转子5的转速，进而得到气流的流量。
提升永磁体2为圆柱形或圆环形的钕铁硼磁体，圆柱形和圆环形的永磁体产生的磁场呈现圆周对称分布，这有利磁体转子5在转动过程中的稳定，同时磁铁转子5和提升永磁体2自动对中对齐。磁铁转子5为齿轮形，在圆周方向均匀分布有6个齿为叶片，外径为18mm，内径即叶片底端直径为15mm，厚度为1.5mm，牌号为n38。由于钕铁硼材料比较脆，难以采用传统的加工方法加工，但是钕铁硼磁铁能够导电，可以采用线切割的方式加工需要的形状。外壳1的外形呈圆柱形，采用不导磁且不透明的材料制成。
作为优选的，为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，进气孔的气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口可以相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样便于调节气流作用与高定向磁铁转子5的作用角度。
实施例3
如图2-5所示，一种内嵌光电检测单元的抗磁悬浮气体流量计是基于抗磁悬浮机理的气流计，包括外壳9和盖板1，盖板1设置在外壳9的上部，外壳9内设有抗磁悬浮系统和光电对射式传感单元，抗磁悬浮系统自上而下包括有提升永磁体2、上热解石墨板4、磁铁转子5和下热解石墨板6，所述提升永磁体2设于盖板1的下方。提升永磁体2外径为15mm、内径为5mm、厚度为10mm的圆环形，牌号为n35。上热解石墨板4和下热解石墨板6均为直径为22mm，厚度为2mm的圆柱体。上热解石墨板4和下热解石墨板6上加工有直径为3mm的通孔。上热解石墨板和下热解石墨板之间设有磁铁转子，提升永磁体2和磁铁转子5的磁化方向相同，磁铁转子5自由悬浮于上热解石墨板4和下热解石墨板6之间，不与任何物体接触，磁铁转子5与上热解石墨板4和下热解石墨板6之间的间隙构成了两个气体轴承。所述的光电对射式传感单元包括激光灯10、光敏电阻3、电阻8和数据处理器7，光敏电阻3、电阻8和数据处理器7附在上热解石墨板4的上表面，光敏电阻3附在上热解石墨板4的通孔处，且光敏电阻3的光敏层面面向激光灯10，型号为5539。激光灯10设于下热解石墨板6的下侧，激光灯10上端面紧贴于下热解石墨板6的下表面，激光灯10的圆形透射孔与下热解石墨板6上的通孔同轴，激光灯10的光斑大小直径为3mm，工作电压为3v。所述电阻8和光敏电阻3相串联，电阻8的阻值为680ω。数据处理器7与电阻8相并联，测试电阻8上电压信号，当电压超过0.5v时，数据处理器7计数一次，芯片统计次数然后计算出磁铁转子5的转速，通过磁铁转子5转速计算出气流流速。所述的外壳1的侧壁上设有进气孔和排气孔，进气孔和排气孔的直径为2mm，进气孔和排气孔与磁铁转子5设置在同一水平面上。当气体从进气孔进入外壳内部时，由于在水平面上磁铁转子5只受到微弱的空气摩擦力，微小的气流便能够推动磁铁转子5旋转，随之激光将间断地照射到光敏电阻3上，光敏电阻3的阻值也将随之变化，与之串联的电阻8的电压信号将被传输到数据处理器7，得到磁铁转子5的转速，进而得到气流的流量。
激光灯10的外轮廓为圆柱形嵌于或附于下热解石墨板上，激光灯发出的激光光束的直径小于磁铁转子5的最大直径和叶片底端直径的一半，激光灯发出的激光光束的轴线与磁铁转子的轴线之间的距离小于磁铁转子的最大直径且大于叶片底端直径。叶片底端直径为叶片底端到磁铁转子中心的最小距离的二倍。激光灯发出的激光光束的边缘不超出磁铁转子的边缘，如图3所示，激光灯发出的激光光束可以穿过磁铁转子5叶片之间的间隙，到达光敏电阻3，同时每个叶片可以完全阻挡激光灯发出的激光光束。光敏电阻与激光灯相对，光敏电阻的直径大于激光光束直径。
提升永磁体2为圆柱形或圆环形的钕铁硼磁体，圆柱形和圆环形的永磁体产生的磁场呈现圆周对称分布，这有利磁体转子在转动过程中的稳定，同时磁铁转子和提升磁体2自动关于中心对齐。磁铁转子5的结构如图4所示，磁铁转子5具有六个均匀分布的异形叶片，叶片的最大外径为18mm，叶片底端直径为10mm，厚度为1.5mm，叶片一条直边与直径为5.6mm的圆相切，两条直边的夹角为30°。磁铁转子5的中心设有一个梯形孔，梯形孔所在截面的侧边的夹角即顶角为90°，梯形孔的顶径为5mm，梯形孔的底径为2mm，材料为钕铁硼永磁体，牌号为n38。由于钕铁硼材料比较脆，难以采用传统的加工方法加工，但是钕铁硼磁铁能够导电，可以采用线切割的方式加工需要的形状。如图5所示，外壳1的外形呈圆柱形，采用不导磁且不透光的材料制成。
作为优选的，为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，进气孔的气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口可以相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样可以便于调节气流作用与高定向热解石墨转子的作用角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。