CN2468012Y

CN2468012Y - 光码变送器

Info

Publication number: CN2468012Y
Application number: CN 01208357
Authority: CN
Inventors: 刘万更
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2001-12-26
Anticipated expiration: 2011-03-12

Abstract

本实用新型公开了一种与机械测量仪表配套使用的光码变送器,它主要由壳体、机械接口部件、被动轴、磁耦合器、机械编码盘、光路耦合器、光缆密封头组成;光码变送器通过机械接口部件与其他测量仪表相连。当光码变送器与其他检测仪表配套使用时,检测仪表的转动带动了光码变送器转动,通过磁耦合器使光码变送器的被动轴转动,固定在被动轴上的编码盘不断周期性切断光路耦合器的光路从而产生了光脉冲信号,经光纤传输至控制室处理,便可获得检测结果。

Description

光码变送器

本实用新型涉及一种光纤传感器，尤指一种集光、机、电技术于一体的光纤传感器。

以前，在石油化工领域，对危险液体液位的检测通常是采用传统的人工观测仪表的方式进行测量。随着科学技术的不断发展，近期出现了一种利用光纤通迅技术进行检测的仪表。它由机械传动部分、光缆光电器件、码盘等部件构成，运用集光、机、电于一体的技术进行检测。该仪表固然可以实现对危险液体液位的检测，但是它的缺点亦很明显：首先，它的机械传动部分易出现卡带、断带、打滑问题；其次，由于密封不严，油、水或蒸汽、灰尘等容易渗入内腔，造成对光路的污染，导致光的断路或光强的耦合效率低、损耗增大以及安装调试困难等问题，从而给使用者带来了诸多的不便；另外，仅靠两光纤端面相对校准对直的耦合方式进行检测，对光源的利用率太低，影响了该仪表长期使用的可靠性。

鉴于上述原因，设计和制造这种实用新型光码变送器的目的在于提供一种集光、机、电技术于一体、机械传动部分设计合理、密闭性好、精确度高、可靠光码变送器性高的光码变送器。

为实现上述目的，本实用新型采用以下设计方案：一种光码变送器，它由壳体、机械接口部件、被动轴、磁耦合器、机械编码盘、光路耦合器、光缆密封头组成；光码变送器通过固定在壳体上的机械接口部件与其他测量仪表相连；机械接口部件由螺孔、主动轴构成，所述螺孔设在壳体上，主动轴通过密封圈固定在螺孔内；被动轴通过磁耦合器、以非接触式与所述主动轴相连；被动轴上设有机械编码盘、光路耦合器；光路耦合器输出的测量信号通过所述光缆密封头，由光缆传送。

所述壳体由前壳体、后壳体通过密封圈密封而成。所述磁耦合器包括有两个磁耦合环和一个隔板；所述两个磁耦合环分别固定在相邻的主动轴、被动轴一端；两个磁耦合环的磁力线透过隔板相互吸引；所述磁耦合环上的磁片的N、S极相间排列；每一个环上安装有4-6个永磁体，其直径为4-16毫米，其厚度为4-8毫米，两环之间的间隔为1至6毫米。所述光路耦合器是由两个光纤端头微型透镜相对组合而成，其公共焦点F断面直径为0.4至2毫米，焦距f1为2至40毫米，两个光路耦合器之间相差机械码周期(2n＋1)π/2的角度。微型透镜，可以选用0.29节距的自聚焦透镜、或球透镜、或棒透镜或平凸棒透镜。所述编码盘的轴心与被动轴的轴心重合，其厚度为0.1—4毫米，直径为20—300毫米范围，其外沿为辐射状的齿和缺口，齿和缺口的尺寸大小相等，或为辐射状的黑白透射光栅，其条纹和空白均匀一致，它的长度为1—10毫米，一个齿和相邻的缺口，或一个条纹与一个相邻的空白光栅为一个码。

本实用新型是集光、机、电技术于一体的一种光纤传感器。它可与根据轴的正反向转角、轴的转速进行测量的仪表配套使用，从而对危险环境的压力、流量、液位进行安全检测，如膜合压力表、涡轮流量计、钢带液位表等，即它是一种依靠指针在刻度盘转过的角度或靠齿轮组合的机械码度量数据进行测量的仪表。对不同的测量仪表，仅改动光码变送器的机械接口、外壳尺寸和编码盘的精细度即可。上述仪表配用光码变送器后，不仅对原仪表的性能没有任何影响，而且扩展了其功能；同时也可以将测量到的数据通过光缆以光(脉冲)码的形式传到远离现场的调度室或值班室或机房，进行数字化处理；另外，被测现场和信号传输途径是不带电的无电流、无电压、无热源***，安全可靠。适合石油、化工等易燃易爆环境下使用；配用光码变送器后，可以多参量(压力、流量、液位等)多点(众多的被测点)联网，实现计算机的现代化管理。

下面结合附图和具体实例作进一步说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型光纤端头组装微型透镜的原理图；

图3是本实用新型光路耦合器原理图；

图4是本实用新型光路耦合器结构示意困。

如图1所示，本实用新型光码变送器主要由：壳体、机械接口部件、磁耦合器、被动轴、机械编码盘、光路耦合器、光缆密封头组成；光码变送器通过固定在壳体上的机械接口部件与其他测量仪表相连；机械接口部件由螺孔、主动轴构成，所述螺孔设在壳体上，主动轴通过密封圈固定在螺孔内；被动轴通过磁耦合器、以非接触式与所述主动轴相连；被动轴上设有机械编码盘、光路耦合器；光路耦合器输出的测量信号通过光缆密封头，由光缆传送。

所述壳体由前壳体16、后壳体26通过密封圈21密封而成。

在前壳体16中间开有螺孔8，螺孔8内通过密封圈固定有一主动轴9，所述螺孔8、主动轴9构成机械接口部件；本实用新型就是通过机械接口部件与其它依靠轴的正反向转角、轴的转速进行测量的仪表配套使用。

在壳体内，与主动轴同一轴线上固定一被动轴。主动轴与被动轴相接的一端固定有一磁耦合环，在被动轴与主动轴相接的一端也固定有一磁耦合环，两个磁耦合环透过隔板18相连，组成磁耦合器。当本实用新型通过机械接口部件与其他配套仪表使用时，主动轴9由配套仪表的转轴或链轮带动运行，固定在主动轴9一端的磁耦合环的磁力线透过隔板18与被动轴22上的磁耦合环相连接，因而形成两环之间的磁力吸引，主动轴带动被动轴一起转动。另外，磁耦合环上的磁片19的N、S极相间排列，它们之间又有一种磁的扭转力矩与轴线垂直，因此主、被动轴之间虽然是间断的，非接触式的，但靠磁力的吸引和扭转耦合在一起，保持同步随动状态。两个磁耦合环的磁片19分别以中间隔板18对称，间距为1-6mm。每个环上镶钳4-6只永磁休，每只直径4-16mm，厚4-8mm，磁体材料用钡、锶铁氧体，钕铁硼等永磁材料均可，需用高矫顽力磁场磁化，并做老化处理，表面度镍或涂胶。隔板18可用抗磁金属材料或刚性非金属材料制成，厚度为0.3-5mm，用螺钉把它与密封垫圆17固定在壳体16上。

在后壳体26内，被动轴22上固定有一机械编码盘6，编码盘6的轴心与被动轴22的轴心重合，其厚度为0.1-4毫米，直径为20-300毫米范围，其外沿可被加工成辐射状的齿和缺口，齿和缺口的尺寸大小相等，也可加工成辐射状的黑白透射光栅，其条纹和空白均匀一致，它的长度为1-10毫米，一个齿和相邻的缺口，或一个条纹与一个相邻的空白光栅为一个码。在被动轴22上固定有一固定架24，机械编码盘6安装在固定架24内；在固定架24的侧面固定有两个光路耦合器5、23。

如图4所示，光路耦合器5是由两只如图2所示的光纤端头组装成的微型透镜1、4、3相对组装而成，并由外加固定架28成为如图4所示的结构。光路耦合器5、23的测量结果经光缆密封头15、光缆传出，经微型透镜3，将光纤端头发散角为11.5°—15°的光聚焦，焦距f1在2.5—50mm范围内。将同样的另一只光纤端头组装成微型透镜，与前一只相对放置(如图3所示)，用微调架调到两微型透镜的焦点重合为一，此时，自左侧耦合到右侧的光处于最佳状态。两只光路耦合器，在圆周上相差机械码周期的(2n＋1)π/2倍，其中n＝0、1、2…。

当机械编码盘6转动时，齿或光栅条纹横切光路耦合器5的公共焦点F时，光路被其切断，当缺口或光栅空白条横切耦合器5的公共焦点F时，光路被接通。由于两只光路耦合器5相差π/2的奇数倍，所以输出的两路光脉冲信号亦相差π/2，以此作为二次表计数、判向的原始数据。因此编码盘随时将液位变量给出相应的码数，这些码数又随时由两只相差(2n＋1)π/2的光路耦合器5，光缆13传到远离被测现场的值班室或高度室可机房进入二次表或主控计算机进行任意的数字化处理，从而获得检测结果。

壳体16、26是由铜或铝制成。光缆入口是靠螺纹将密封垫12与光缆13外皮拧紧挤压密封。外壳16、26间亦靠螺扣拧紧密封圈21密封。这样一来，使得被动轴22和固定在它上面的编码盘6和被动轴22的端头的磁体组环19，两只光路耦合器5、23以及密封光缆头15同被密封在壳体内，保证其内部诸器件不受外来的灰尘、水、油和油水汽的污染。

本实用新型所使用的密封圈12、17、21是用丁基橡胶或氯丁橡胶或聚氨脂橡胶制成，密封头15是用环氧树脂，或硫化橡胶，或聚氨脂橡胶制成。

当处于检测状态时，本实用新型是通过机械接口部件带动垂直装有一个磁耦合环的主动轴转动，以非接触磁耦合方式带动一端垂直安装有另一个磁耦合环和垂直安装有编码盘6的被动轴22转动，随着被动轴的转动，编码盘外沿的辐射状齿或缺口便周期性地遮挡着两个光路耦合器的光路，形成光脉冲，由此产生的光脉冲信号经光缆传递到控制室进行数据处理，最后给出检测结果，从而实现对石油化工领域的压力、流量、液位的安全检测。本实用新型是不带电的无源***，安全可靠，因此适用于对易燃易爆的现场检测。

Claims

1、一种光码变送器，其特征在于：它由壳体、机械接口部件、被动轴、磁耦合器、机械编码盘、光路耦合器、光缆密封头组成；

所述光码变送器通过固定在壳体上的机械接口部件与其他测量仪表相连；

所述机械接口部件由螺孔、主动轴构成，所述螺孔设在壳体上，主动轴通过密封圈固定在螺孔内；

所述被动轴通过磁耦合器、以非接触式与所述主动轴相连；

所述被动轴上设有机械编码盘、光路耦合器；

所述光路耦合器输出的测量信号通过所述光缆密封头，由光缆传送。

2、根据权利要求1所说的一种光码变送器，其特征在于：所述壳体由前壳体、后壳体通过密封圈密封而成。

3、根据权利要求1所说的一种光码变送器，其特征在于：所述磁耦合器包括有两个磁耦合环和一个隔板；所述两个磁耦合环分别固定在相邻的主动轴、被动轴一端；两个磁耦合环的磁力线透过隔板相互吸引；所述磁耦合环上的磁片的N、S极相间排列；每一个环上安装有4-6个永磁体，其直径为4-16毫米，其厚度为4-8毫米，两环之间的间隔为1至6毫米。

4、根据权利要求1所说的一种光码变送器，其特征在于：所述光路耦合器是由两个光纤端头微型透镜相对组合而成，其公共焦点F断面直径为0.4至2毫米，焦距f1为2至40毫米，两个光路耦合器之间相差机械码周期(2n＋1)π/2的角度。

5、根据权利要求4所说的一种光码变送器，其特征在于：所述微型透镜，可以选用0.29节距的自聚焦透镜、或球透镜、或棒透镜或平凸棒透镜。

6、根据权利要求1所说的一种光码变送器，其特征在于：所述编码盘的轴心与被动轴的轴心重合，其厚度为0.1—4毫米，直径为20—300毫米范围，其外沿为辐射状的齿和缺口，齿和缺口的尺寸大小相等，或为辐射状的黑白透射光栅，其条纹和空白均匀一致，它的长度为1—10毫米，一个齿和相邻的缺口，或一个条纹与一个相邻的空白光栅为一个码。