專利名稱：法布里－珀羅腔液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于容積、流量、質(zhì)量流量或液位的測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到依靠光、電或流體方法而運轉(zhuǎn)指示的通過測量壓力的液面指示儀。
目前在生活和生產(chǎn)中使用的液位傳感器多數(shù)是按照電學(xué)原理設(shè)計的，其種類有壓阻型液位傳感器和電容型液位傳感器。壓阻型液位傳感器因封裝不嚴(yán)造成的附加應(yīng)力，影響到該傳感器的傳感精度，在其結(jié)構(gòu)中選用的力敏電阻隨溫度變化呈指數(shù)關(guān)系變化，大大地降低了這種液位傳感器的精度。電容型液位傳感器受雜散電容影響大，使儀器的測量精度受到了很大的影響。
上述兩種類型的液位傳感器的主要缺點是精度不高，動態(tài)范圍小，而且不能用作易燃易爆液體的液位傳感器，也不能用作強腐蝕液體的液位傳感器。
本實用新型的目的在于克服上述液位傳感器的缺點，提供一種測量精度高、動態(tài)范圍大、線性關(guān)系好、可靠性好、抗電磁干擾強、不受溶液透射率影響、可用作易燃易爆液體以及強腐蝕液體的法布里-珀羅腔液位傳感器。
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的解決方案是它包括在其中心位置加工或制作有相互聯(lián)通的三個腔室的殼體。設(shè)置在殼體內(nèi)上端加工或制作有通孔的保護蓋。設(shè)置在殼體內(nèi)中間一個腔室上端面上的外應(yīng)力片、下端面上將中間腔室與下腔室分割成上為液體腔下為玻璃腔的內(nèi)應(yīng)力片，在內(nèi)應(yīng)力片的下表面上鍍有半透半反膜。設(shè)置在殼體底面上與液體腔相聯(lián)通導(dǎo)油孔上的堵蓋。設(shè)置在液體腔內(nèi)的液體。設(shè)置在玻璃腔內(nèi)的玻璃基底，在玻璃基底的上表面鍍有半透半反膜，該玻璃基底與內(nèi)應(yīng)力片之間形成法布里-珀羅腔。設(shè)置在殼體中心孔內(nèi)的一端與玻璃基底聯(lián)接另一端與光纖聯(lián)接的自聚焦透鏡。它還包括通過光纖與自聚焦透鏡相連的信號處理器。
本實用新型的內(nèi)應(yīng)力片是由彈性材料制成，在內(nèi)應(yīng)力片的下表面上鍍半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜。本實用新型的玻璃基底為凹形，在玻璃基底的上表面鍍半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜。本實用新型的信號處理器為光纖耦合器通過光纖與自聚焦透鏡、窄帶光源、相連接，以及設(shè)置在光纖耦合器光軸方向上的光電轉(zhuǎn)換器。
本實用新型制成內(nèi)應(yīng)力片的彈性材料為硅彈性材料。
本實用新型的內(nèi)應(yīng)力片的直徑為5～20mm，厚度為0.1～1mm。
本實用新型的自聚焦透鏡為棒狀，其直徑范圍為1～2mm。
本實用新型與壓阻型液位傳感器和電容型液位傳感器相比，具有測量精度高、動態(tài)范圍大、線性關(guān)系好、可靠性好、抗電磁干擾強、不受溶液透射率影響等優(yōu)點?？捎米饕话阋后w的液位傳感器，也可用作易燃易爆液體的液位傳感器，還可用作強腐蝕液體的液位傳感器。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細(xì)說明，但本實用新型不限于這些實施例。
在圖1中，本實施例由殼體1、保護蓋2、外應(yīng)變片3、液壓油4、內(nèi)應(yīng)力片5、玻璃基底6、光纖8、堵蓋12、自聚焦透鏡13、信號處理器聯(lián)接構(gòu)成。在殼體1內(nèi)的中心位置上加工有三個相互聯(lián)通的腔室，在殼體1內(nèi)中間一個腔室的上端面上用膠粘接有外應(yīng)力片3、下端面上用膠粘接有內(nèi)應(yīng)力片5，外應(yīng)力片3可感受不同深度液體的壓力，內(nèi)應(yīng)力片5將中間腔室與下腔室分割成上為液體腔下為玻璃腔，本實施例的內(nèi)應(yīng)力片5為硅彈性片，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為12mm、厚度0.5mm，在內(nèi)應(yīng)力片5的下表面上鍍有半透半反膜，半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜。在液體腔內(nèi)裝有液壓油4，液壓油4用于傳遞壓力，在玻璃腔內(nèi)裝有玻璃基底6，玻璃基底6為凹形，玻璃基底6的上表面鍍有半透半反膜，半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜。內(nèi)應(yīng)力片5與玻璃基底6內(nèi)表面之間形成一個法布里-珀羅腔，內(nèi)應(yīng)力片5在液體深處壓力的作用下產(chǎn)生形變，使得法布里-珀羅腔的中心距發(fā)生變化。在液體腔的底端環(huán)面上加工有兩個導(dǎo)油孔7，導(dǎo)油孔7的下端蓋有堵蓋12，液壓油4可在導(dǎo)油孔7加入到液體腔內(nèi)，當(dāng)液體腔內(nèi)加滿液壓油4后，可將堵蓋12蓋在導(dǎo)油孔7的下端。在殼體1的上端面上用螺紋緊固聯(lián)接件聯(lián)接有保護蓋2，保護蓋2上鉆有通孔，液體可從殼體1外經(jīng)過保護蓋2上的通孔進入到殼體1內(nèi)。在玻璃腔下殼體1的中心位置加工有中心孔，自聚焦透鏡13放置在中心孔內(nèi)，自聚焦透鏡13為棒狀透鏡，其直徑為1.5mm，自聚焦透鏡13的上端用膠與玻璃基底6粘接、下端與光纖8的一端用膠粘接連為一體，光纖8的另一端接信號處理器。
本實施例的信號處理器由光纖耦合器9、窄帶光源10、光電轉(zhuǎn)換器11連接構(gòu)成。光纖耦合器9通過光纖8與自聚焦透鏡13和窄帶光源10相連，光電轉(zhuǎn)換器11設(shè)置在光纖耦合器9的光軸方向上。窄帶光源10為自聚焦透鏡13提供窄帶光源，自聚焦透鏡13將窄帶光源10的光垂直的射入法布里-珀羅腔，由于內(nèi)應(yīng)力片5的變形，使返回自聚焦透鏡13的光強度發(fā)生變化，反射回的光經(jīng)光纖8傳輸?shù)焦饫w耦合器9，光纖耦合器9將反射光與入射光分開，使反射光進入光電轉(zhuǎn)換器11，光電轉(zhuǎn)換器11將反射光能轉(zhuǎn)換成電信號輸出。
設(shè)計人給出了本實用新型第二個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為5mm，厚度為0.1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為1mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第三個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為20mm，厚度為1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為2mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第四個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為5mm，厚度為1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為1mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第五個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為20mm，厚度為0.1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為1mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第六個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為5mm，厚度為1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為2mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第七個實施例。在本實施例中，內(nèi)應(yīng)力片5的直徑為20mm，厚度為0.1mm，在內(nèi)應(yīng)力片5下表面和玻璃基底6上表面鍍半透半反膜的材料以及鍍層數(shù)與第一個實施例相同。自聚焦透鏡13的直徑為2mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與第一個實施例相同。
本實用新型的工作原理如下
液體從保護蓋2的通孔進入，在液體壓力的作用下外應(yīng)力片3產(chǎn)生形變，液體壓力再經(jīng)液壓油4傳遞到內(nèi)應(yīng)力片5上，內(nèi)應(yīng)力片5發(fā)生形變，使窄帶光源10的光經(jīng)光纖耦合器9、光纖8傳輸、自聚焦透鏡13、玻璃基底6、進入法布里-珀羅腔。內(nèi)應(yīng)力片5的變形使反射輸出的光強度發(fā)生變化，反射回的光通過光纖8輸出到光纖耦合器9，光纖耦合器9將反射光與入射光分開，使反射光進入光電轉(zhuǎn)換器11，光電轉(zhuǎn)換器11將光能變化轉(zhuǎn)換成電信號輸出。
權(quán)利要求1.一種法布里-珀羅腔液位傳感器，其特征在于它包括在其中心位置加工或制作有相互聯(lián)通的三個腔室的殼體[1]；設(shè)置在殼體[1]內(nèi)上端加工或制作有通孔的保護蓋[2]；設(shè)置在殼體[1]內(nèi)中間一個腔室上端面上的外應(yīng)力片[3]、下端面上將中間腔室與下腔室分割成上為液體腔下為玻璃腔的內(nèi)應(yīng)力片[5]，在內(nèi)應(yīng)力片[5]的下表面上鍍有半透半反膜；設(shè)置在殼體[1]底面上與液體腔相聯(lián)通導(dǎo)油孔[7]上的堵蓋[12]；設(shè)置在液體腔內(nèi)的液體；設(shè)置在玻璃腔內(nèi)的玻璃基底[6]，在玻璃基底[6]的上表面鍍有半透半反膜，該玻璃基底[6]與內(nèi)應(yīng)力片[5]之間形成法布里-珀羅腔；設(shè)置在殼體[1]中心孔內(nèi)的一端與玻璃基底[6]聯(lián)接另一端與光纖[8]聯(lián)接的自聚焦透鏡[13]；它還包括通過光纖[8]與自聚焦透鏡[13]相連的信號處理器。
2.按照權(quán)利要求1所述的法布里-珀羅腔液位傳感器，其特征在于所說的內(nèi)應(yīng)力片[5]是由彈性材料制成，在內(nèi)應(yīng)力片[5]的下表面上鍍半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜；所說的玻璃基底[6]為凹形，在玻璃基底[6]的上表面鍍半透半反膜的材料采用銀和三氧化二鋁膜，先鍍銀，后鍍?nèi)趸X膜；所說的信號處理器為光纖耦合器[9]通過光纖[8]與自聚焦透鏡[13]、窄帶光源[10]、相連接，以及設(shè)置在光纖耦合器[9]光軸方向上的光電轉(zhuǎn)換器[11]。
3.按照權(quán)利要求2所述的法布里-珀羅腔液位傳感器，其特征在于所說制成內(nèi)應(yīng)力片[5]的彈性材料為硅彈性材料。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的法布里-珀羅腔液位傳感器，其特征在于所說的內(nèi)應(yīng)力片[5]的直徑為5～20mm，厚度為0.1～1mm。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的法布里-珀羅腔液位傳感器，其特征在于所說的自聚焦透鏡[13]為棒狀，其直徑范圍為1～2mm。
專利摘要一種法布里－珀羅腔液位傳感器，它包括在其中心位置有相互聯(lián)通的三個腔室的殼體，設(shè)置在殼體上端的保護蓋、中間一個腔室上端面上的外應(yīng)力片、下端面上將中間腔室與下腔室分割成上為液體腔下為玻璃腔下表面上鍍有半透半反膜的內(nèi)應(yīng)力片、導(dǎo)油孔上的堵蓋、液體腔內(nèi)的液體、玻璃腔內(nèi)上表面鍍半透半反膜的玻璃基底、殼體中心孔內(nèi)的自聚焦透鏡、信號處理器。它具有測量精度高、動態(tài)范圍大、線性關(guān)系好、可靠性好、抗電磁干擾強等優(yōu)點。
文檔編號G01F23/284GK2526798SQ0126584
公開日2002年12月18日 申請日期2001年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者高應(yīng)俊, 阮馳, 崔崧, 劉志麟 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所, 陜西敏通科貿(mào)有限責(zé)任公司