[发明专利]一种全光学流速传感器

说明书

本发明公开了一种全光学流速传感器。LED光源，发射可见光；微纳光纤，置于气体流场中，感应来自气体流场中气体流动产生的力，从LED光源接收可见光后传导到CMOS图像传感器；CMOS图像传感器，接收从述微纳光纤出射的可见光形成带有光斑的成像；处理器，接收来自CMOS图像传感器的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。本发明通过气体流场带动微纳光纤产生弯曲从而使微纳光纤中的出射光斑在CMOS图像传感器表面发射位移变化，通过位移变化与流速的关联实现流速测量，相比于传统的流速传感器具有更低的成本和更高的灵敏度及分辨率。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域的一种流速传感器，尤其涉及了一种全光学流速传感器。

背景技术

相比于传统的流速传感器，如热线风速计、旋转叶片流量计和超声波涡流流量计，基于光纤方案的流速传感器具有更大的优势。采用光纤或者微纳光纤作为悬臂，依靠测量光纤本身对流体产生的阻力的反作用力标定出流速大小。微纳光纤因其微米级的直径而在流速感应方面具有较高的灵敏度，通过在微纳光纤中导入光能量，测量出射光斑的位移即可精确测量流速的大小。

尽管基于纯光学方法特别是光纤方案的气流传感器在灵敏度和精度上具有独特的优势，而现有基于光纤与光纤耦合的方案在走向实用方面仍然存在遇到封装方面的障碍，特别是光纤解调仪的大尺寸劣势。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全光学流速传感器，可利用微纳光纤在气流中的摆动实现高灵敏度的流速测量，同时降低流速传感器的成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

本发明包括微纳光纤、CMOS图像传感器、LED光源和处理器；

所述LED光源，用于发射可见光；

所述微纳光纤，置于气体流场中，用于感应来自气体流场中气体流动产生的力，同时用于从LED光源接收可见光后传导到CMOS图像传感器；

所述CMOS图像传感器，用于接收从述微纳光纤出射的可见光形成带有光斑的成像；

所述处理器，用于接收来自CMOS图像传感器的带有光斑的成像进行分析处理检测获得气体流场中气体流动的流速。

所述微纳光纤固定并悬垂于CMOS图像传感器上方；

所述微纳光纤较粗的一端靠近LED光源，用于耦合接收LED光源发出的可见光的光能量；

所述微纳光纤较细的一端靠近CMOS图像传感器光敏面并将可见光的光能量传导到CMOS图像传感器表面。

所述LED光源与所述CMOS图像传感器之间光线隔离，LED光源发出的可见光不能直接到达CMOS图像传感器表面。

所述微纳光纤的两端分别连接光源和光探测器。

所述的气体流场包括气室，气室内底面布置CMOS图像传感器，微纳光纤从上往下伸入到气室内，气室的两侧开设进气孔和出气孔。

所述的微纳光纤较粗的一端朝上穿出气室正对布置于LED光源，微纳光纤较细的一端朝下伸入到气室内后位于CMOS图像传感器上面。

所述微纳光纤置于气体流场中的结构为微纳光纤的锥型区，所述锥型区较粗的一端靠近LED光源并耦合接收可见光，较细的一端将可见光出射传导到CMOS图像传感器上；

所述全光学流速传感器还包括光源驱动电路、图像传感器驱动电路和信号读出电路；

所述光源驱动电路，与LED光源连接，用于驱动LED光源发光；

所述图像传感器驱动电路，用于驱动CMOS图像传感器的工作；