[发明专利]一种差压传感方法及其传感器

说明书

技术领域

本发明涉及差压传感方法及其传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

差压传感器DPS（Differential Pressure Sensor）是一种用来测量两个压力之间差值的传感器，通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差。近年来，差压传感器在微流量测量、泄露测试、洁净间监测、环境密封性检测、气体流量测量、液位高低测量等许多高精度测量场合都有着广泛的应用。

现今国内外对差压传感器的研究主要集中于传统的压阻式差压传感器与电容式差压传感器。压阻式差压传感器结构简单，工作端面平整，但其灵敏度与频率响应之间存在着比较突出的矛盾，且温度对此种传感器的性能影响也比较大。电容式传感器灵敏度高，动态响应特性好，抗过载能力强，但它存在寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响，以及与传感器连接的电路比较复杂等缺点，影响到它的应用可靠性，因此限制了它的广泛应用。正是由于传统差压传感器的诸多不足，国内外开始对一些新型的差压传感器进行了研究，董国强等对利用磁性液体的一种微差压传感器进行了研究，依靠磁性液体在压力作用下的位移过程产生电信号，来实现对压力的检测，其在应用中具有局限性；台湾的Hao-Jan Sheng等、美国的Jose.L.A.V等人各自提出了一种基于布拉格光栅的光纤差压传感器结构，这种光纤光栅差压传感器的灵敏度较高，但结构复杂且成本很高，不利于推广。而强度调制作为光纤传感器技术中用得最广泛的一种调制方法，得到了一些学者的研究 ，但对基于强度调制的光纤差压传感器的研究文献很少，日本的Seiichiro Kinugasa提出了一种反射式光纤差压传感器的构思，利用反射面与光纤距离的变化来检测外部压力差的情况；佟成国等设计了一种双C型弹簧管的光纤差压传感器，依据强度调制原理在两个双C型弹簧管内对压差进行检测。

但现有技术依然没有解决传感器的实现、探头结构参数的合理性、反射面的工作状态、误差的补偿等许多关键因素带来的问题，因此现有技术中该类传感器结构十分复杂，且性能不够可靠，加工制造成本也很高，而且通常体积大，十分沉重，使用起来不方便，还存在很大的改进空间。这是现有技术存在的第一个技术问题。

另外，传感器探头在工作中要稳定可靠，不易受到外界碰撞、振动等因素的干扰，同时为了保护探头内的敏感元件、避免由于探头本身结构的差异带来的误差，必须对探头进行封装，而传感器探头的封装，这是现有技术存在的第二个技术问题。

对于强度调制原理的反射式光纤差压传感器而言，不同探头的输出光强度势必会受到背景光、光纤长度、光纤弯曲度、耦合器件等影响，从而使检测结果存在较大误差，这是现有技术存在的第三个技术问题。

发明内容

为解决现有技术存在的三个问题，必须从传感器探头结构、传感器封装以及探头输出光的光强度补偿着手。为此，可以从以下三个方面来实现这样的目的。

为解决传感器结构复杂、性能不够可靠、以及加工成本高和体积质量大等问题，拟采用这样的一种差压传感方法及其传感器，这种传感方法的要点在于，它通过用于衡量被测物产生压力的检测流体（如液压油）来进行传感，使这种检测流体产生的压力去冲击一块弹性膜片的其中一面，使弹性膜片发生变形；弹性膜片的另一面用入射光纤中的窄谱激光照射，并用接收光纤来接收反射光；这样，当弹性膜片发生变形后，由于反射角度发生变化，反射光随之发生变化，导致接收光纤的输出光强度就会随之发生变化，这样通过检测出接收光纤输出光强的变化量来判断检测流体对弹性膜片造成的压力变化量。这样，就可以通过便于测量的光强变化，来判断不易测量的压力变化，从而确定不同的被测物的压力差值，实现差压传感的目的。

作为一种优选方式，检测流体通过流入一个检测腔的方式对弹性膜片产生压力，弹性膜片设置在检测腔中并在检测腔中检测流体流入的方向形成封闭的屏障。检测腔是封闭的，但在面向被测物的方向设有一个开口，当检测流体从检测腔的开口涌入检测腔，就会对检测腔中的弹性膜片产生液体压力，从而造成弹性膜片的变形。当腔内的介质环境改变时，弹性膜片会由于受到压力而产生变形，最好是检测腔内的介质是处于一种均匀分布的情况，因此其对整个薄膜的表面就会产生一个均匀分布的载荷。采用这样一个检测腔，可以使检测流体产生的液体压力均匀而准确地使弹性膜片产生变形，提高检测传感的精度。