專利名稱：微功耗光纖傳輸多參數傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及自動化過程控制用熱工測量儀表，具體說屬于微功耗光纖傳輸多參數變量差動電容式差壓或壓力、溫度傳感器。
現有自動控制領域使用的大量現場差壓/壓力、溫度測量儀表，一類是氣動儀表，用空氣壓力的變化來傳送被測信息，一類是用按模擬量變化的電信號來傳送被測信息，一類是用按數字量變化的電信號來傳送被測信息。上述三類儀表工作時都需要消耗較多的能源，一般電源為30～40mw的功耗，傳輸的方式有管道傳輸、導線傳送、無線電調制發射傳送。為了達到0.7mw以下的微功耗工作，采取光信號用光導纖維傳送現場測量信息，曾有專利號95223991.4介紹光纖傳輸光功率推動微功耗差壓傳感器，在實際應用中發現存在較多問題，特別是其應用在差動電容結構，其共用電極需接外殼，大地及被測介質相接觸的傳感器采用該專利，電路無法使測量值穩定，在外界干擾下會造成振蕩器停振，傳感器無信號輸出，但采用差動電容結構，無法做到共用電極與被測介質及大地相隔離，因此采用該專利技術無法生產產品。同時該項專利技術，在一根光纖通道僅能傳送單路壓力信號，無法對多參數如溫度、壓力、差壓等信號綜合傳送，因此也無法對溫度性能進行補償修正，另外其發送端的光功率轉換電路中電壓變化大，造成發送數據不穩定，使測量誤差增大，在其接收端的解調電路中穩定性差，電路參數需經常調整，因此在公共電極接地的差動電容式傳感器中無法應用。
本發明的目的是提供同一根光纖進行多參數信息傳輸，用于大地及被測介質相接觸的傳感器其測量值穩定，同時保持發送端與接收端的電路穩定，能適應具有公共電極接地的差動電容式傳感器的一種微功耗光纖傳輸多參數傳感器。
為完成上述的目的所采取的技術方案由兩側隔離膜片組件，中間為絕緣層，絕緣層的中間由共用電容極板和兩邊為固定電容極板和引出線，中間填充硅油，上述隔離膜片組件、共用電容極板、電容座焊接成三條焊環組成差動電容膜盒，差動電容膜盒測量頭設連接件與裝法蘭連接，并再通過連接件連接轉換部件，轉換部件通過光纖連接控制箱，其中轉換部件內設置由發光二極管D2連接變壓器B初級，其次級連接穩壓管Z1～Z6、二極管D3、電阻R5～R6、電容C2和電容E1～E3組成的光推動電源生成電路及由差動電容CH、CL和熱敏電阻RT分別通過R10、R9和電容C4連接集成塊U1CD4013和U2CD4013的D觸發器，同時連接反向器U5CD4069和U6、U7CD4051模擬開關，U6和U7另連接振蕩電路U3CD4069和計時電路U4CD4069以及R14、R7～R8、和C3，C7另連接三極管T3、發光二極管D4、電阻R13組成的信號檢測編碼調制電路構成，并連接光纖，由光纖送至控制箱，而上述的控制箱內由電阻R1、R2和電容C1分別連接集成塊六反向器方波振蕩器U14CD4069，通過R3和R4連接三極管T2及激光二極管D1組成的光推動激勵電路及由光探測器D5，D5連接R15和C7及三極管T4，經放大連接集成塊U4和R18、C8并連接JK觸發器U12CD4047，U12信號送至異或門電U1374LS89直至CPU2，另送至CPU1組成測量信號接收介調處理電路。
本發明采用差動電容式結構的差壓/壓力傳感器與有特殊優點的光纖通信技術相結合，并能在同一根光纖中采用脈寬調制、脈沖編碼、脈位發送的方法，實現參數傳輸并達到微功耗的要求具有推廣價值，能用光推動方法來為傳感器提供能源，也可用傳感器內部自帶電池作電原，具有很大靈活性和安全性，適用于易燃易爆介質測量和場合，更能適用于強電磁輻射的環境，另外本發明可拋棄復雜的配電設備，而靠儀表內自帶符合本質安全防爆要求的鋰電池工作。
本發明實施例結合附圖加以詳細描述。


圖1本發明結構圖；圖2本發明傳感器膜盒結構圖；圖3本發明信號檢測編碼調制電路圖4本發明光推動電源生成電路5本發明光推動激勵電路圖；圖6本發明測量信號接收介調處理電路圖。
根據圖1和圖2所示，由兩側隔離膜片組件7，中間為絕緣層11，絕緣層11的中間由共用電容極板10和兩邊為固定電容極板9、引出線8其中間填充硅油12、隔離膜片組件7、共用電容極板10、電容座13焊接成三條焊環14組成的差動電容膜盒1，其共用電容極板10與其兩側的固定電容極板9及中間填充的硅油12構成二個電容器，高壓側為電容CH，低壓測電容CL，外界被測壓力P1，P2作用于兩側隔離片上，通過硅油12傳遞壓力作用于共用電容極板10上，使共用電容極板10產生位移，使CH與CL的電容量發生變化，通過檢測CH和CL的電容量變化可測出P1與P2的差值，差動電容由三條焊環14與被測介質及大地直接接觸，如此方式將壓力及溫度測量信號送至信號檢測編碼調制電路，如圖3所示，U1、U2(可按需要增添)為D觸發器(CD4013)構成傳感器的脈寬檢測電路，傳感元件CH、CL、RT構成D觸發器的RC充放電回路的定時元件，當這些元件參數受測量信號影響發生變化時，則D觸發器的RC充電時間常數產生變化。在由U6輸出脈沖的作用下，對應的D觸發器輸出端變為高電平，對RC回路充電。當C上的充電電平達到某一值時，由于RC回路的一端同D觸發器的復位端相連，因此，使D觸發器翻轉，輸出變為低電平。脈沖的寬度與傳感元件的參數相關。D觸發器的脈沖由U3反向器(CD4069)構成的時鐘脈沖作為U4計數器(CD40193)的計數脈沖，計數器可以按需要設置成八進制(或16進制視D觸發器數量而定)工作方式，其輸出端信號作為U6、U7八路模擬開關(CD4051)的控制信號，驅動相應的開關動作。由于在模擬開關U6的公共端接高電平，故在選通的開關輸出端口會產生一正脈沖，其持續的時間取決于時鐘脈沖的頻率，該正脈沖將觸發相應的D觸發器，使該D觸發器的輸出端產生取決于所接RC網絡參數的正脈沖，其脈寬代表了被測信號的大小。由于U7的選通端口與U6相對應的選通端口的D觸發器的輸出端口相連，故在U7的的公共端獲得按計數器U4控制時序所連接各個D觸發器產生的脈沖群，該脈沖群的起始位可由計數器U4控制產生一個特定的識別脈沖，形成編碼脈沖群(U7功能也可以用或門電路來完成)。
經U7公共端輸出的編碼脈沖群經由U8(MC14528)及其外接元件RC構成的3.5us脈寬分別由前后沿觸發的兩個單穩態觸發器，將每一個脈寬信號轉換成兩個窄脈沖信號，其時間間隔等于原脈寬信號的寬度。兩單穩態觸發器輸出窄脈沖送至或門電路U9(CD4071)的輸入端，在U9的輸出端形成了編碼窄脈沖群驅動LED發光二極管D4轉變為光脈沖，經光導纖維5傳送至控制室二次儀表。
如圖4所示，由光纖5傳送的脈沖光源經D2硅光電池接收后，產生脈動直流電壓，送至升壓變壓器B初級，在其次級產生較高脈動直流電壓，經D3整流，R5、Z5、Z6、穩壓，電容E1、C2、E2、E3、濾波后形成直流電源供其它電路作用。
在控制箱6內的推動激勵電路如圖5所示，U14CD4069為六反向器構成方波振蕩器，經整形輸出至三極管T1和T2構成的復合管驅動激光二極管D1，輸出脈沖光源耦合至光纖5傳送至現場傳感器。又如圖6所示，由光纖5傳輸的光脈沖信號經光探測器D5，轉變為電脈沖信號，送至晶體管T4的基極，經放大在其集電極輸出編碼窄脈沖群，送至由U11(CD4027)構成的5us脈寬前沿觸發的單穩態觸發器，將脈沖展寬，送至由U12(CD4047)JK觸發器，在JK觸發器U12的Q及Q端便能解調出編碼脈沖群信號或其倒相信號，該二個信號可直接送CPU1的INT0，INT1中斷口，經CPU1對各脈寬信號的計數運算，便能取得對應測量值。也可將U12Q端信號送至由U13(74LS86)異或門電路，經由用兩個異或門及RC電路構成的極性定向電路，在U13的輸出端6腳可取得與調制信號相同的單一極性信號，供計算機或其它電路應用。
權利要求
1.一種由差壓傳感器、溫度檢測敏感元件、光推動電路組成的微功耗光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于差動電容膜盒測量頭(1)設連接件(2)與安裝法蘭(3)連接并再通過連接件連接轉換部件(4)，轉換部件(4)通過光纖(5)連接控制器(6)，其中轉換部件(4)內設置由差動電容CH、LL和熱敏電阻RT分別通過R10、R9和電容C4連接集成塊U1CD4013和U2CD4013的D觸發器，同時連接反向器U5CD4069和U6、U7CD4051模擬開關，U6和U7另連接振蕩電路U3CD4069和計時電路U4CD40193，以及R14、R7～R8和C3，U7另連接U8MC14528和U9CD4071以及R11～R12和C5～C6，其U9連接三極管T3、發光二極管D4及電阻R13組成信號檢測編碼調制電路(15)、光推動電源生成電路(16)，控制箱(6)內設置光推動激勵電路(17)和測量信號接收介調處理電路(18)。
2.根據權利要求1所述的微功耗光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于測量信號接收介調處理電路(18)由光纖(5)連接光探測器D5，D5連接R15和C7及三極管T4經放大連接集成塊U4和和R18、C8并連接JK觸發器U12CD4047，U12信號送至異或門路U1374LS86至CPU2，另送至CPU1。
3.根據權利要求1所述的微功耗光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于差動電容膜盒(1)由兩側隔離膜片組件(7)，中間為絕緣層(11)，絕緣層(11)的中間由共用電容極板(10)和兩邊為固定電容極板(9)引出線8其中間填充硅油(12)組成，隔離膜片組件(7)、共用電容極板(10)、電容座(13)焊接成三條焊環(14)。
4.根據權利要求1所述的微功耗光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于光推動電源生成電路(16)由發光二極管D2連接變壓器B初極，其次級連接穩壓管Z1～Z6、二極管D3、電阻R5和R6、電容C2電容E1～E3組成。
5.根據權利要求1所述的微功耗光纖傳輸多參數傳感器，其特征在于光推動激勵電路(17)由R1～R2和C1分別連接集成塊六反向器構成方波振蕩器U14CD4069，通過R3和R4連接三極管T2及發光二極管D1組成。
全文摘要
本發明檢測敏感元件為差動電容和半導體熱敏電組,同時增加微功耗電源穩壓電路,解決發送信號的穩定性,差動電容由三條焊環五個金屬組件熔在一起,構成差動電容共用電極接地方式,信號轉換電路采用脈寬編碼調制技術,使一根光纖傳輸參數由原來兩個增加到3～8個,解決傳感器溫度補償,對差動電容共用電極接地及與測量介質接觸特點,采用D觸發器電容脈寬轉換。
文檔編號G01D5/12GK1326095SQ0011623
公開日2001年12月12日 申請日期2000年5月30日 優先權日2000年5月30日
發明者田泉林, 孫永文, 季翔 申請人:上海自動化儀表股份有限公司