CN102128653A - 分布式光纤测量流量装置及方法 - Google Patents
分布式光纤测量流量装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102128653A CN102128653A CN2010106191184A CN201010619118A CN102128653A CN 102128653 A CN102128653 A CN 102128653A CN 2010106191184 A CN2010106191184 A CN 2010106191184A CN 201010619118 A CN201010619118 A CN 201010619118A CN 102128653 A CN102128653 A CN 102128653A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow
- optical fiber
- measured
- light
- sensor fibre
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明公开了分布式光纤测量流量装置及其测量方法，通过利用一根传感光纤将多个待测流场管道连接在一起，在每个流场里分别设置一个障碍物，流体遇到障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街。此旋涡频率与流速成正比。本产品解调基于Φ-光时域反射计的干涉机理，此传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号相位也就被此振动调制，从而可求出流场的流速。本发明是非电测量、安全可靠、能实时连续分布式遥测，通过采用一根传感光纤即可探测光纤所缠绕的待测流体场的所有流体的流速。比其它光纤流量计有更高的灵敏度和性价比。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光纤传感技术领域，尤其涉及分布式光纤测量流量的技术领域。
背景技术
流量测量涉及范围非常广泛，并且随着工业技术的发展，被测介质品种也越来越多，目前世界上每年都要添加上万种新介质，其中与生活及实践有密切关联的介质就有五六万种之多。这些介质涉及液体、气体以及双相、多相流体，流体温度从高温到及低温，流体压强有低压、中压、高压甚至于超高压的，流体流动形态有层流、湍流、脉动流，这些介质，既有牛顿型流体，又有非牛顿型流体，既有大流量流体流量测量，又有微流量流体流量测量，这些问题就给流体流量监测工作带来了极大的困难。
除此之外，目前已有的测量流量的装置通常一次只能测量单一管道在某处的流量，对于大面积测量流速，集中处理数据，目前尚未有类似的装置问世。
发明内容
为了解决上述技术中的问题，本发明提供分布式光纤测量流量装置及方法。
本发明采用的技术方案为：
分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感光纤，待测流场管道内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端连接在分布式光纤传感主机上。
所述的分布式光纤传感主机包括发光单元、光纤环形器、光接收模块、AD采集器、检测分析处理系统。
所述的发光单元结构为，由窄线宽光源的输出接入电光调制器输入，电光调制器被窄脉冲驱动电路驱动输出窄脉冲光，电光调制器输出接入光放大器输入，光放大器输出所需大功率窄脉冲光。所述的窄脉冲驱动电路发出同步信号，控制AD采集器的数据采集。
发光单元发出的光通过环形器进入传感光纤，将传感光纤缠绕在待测流场管道表面或者里面，该传感光纤可与多个待测流场相连；在待测流场内部设置一障碍物，流体遇到障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街。此旋涡频率与流速成正比。此传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号也就被此振动调制，后向散射光中的瑞利散射光通过光纤环形器进入光接收模块，再进入AD采集器，最终进入检测分析处理系统。检测光接收模块所收到的光信号的相位变化频率(旋涡产生的频率)即可求出流场的流速，当测流场局限在有限通道时，由流速与流量的一一对应关系即可得到流量信号。
传感光纤内光信号相位的改变时通过干涉仪输出的光强与受到相应的振动对应。本发明运用Φ-光时域反射计的干涉机理，外界扰动作用在传感光纤上面或附近产生的压力或振动导致传感光纤中瑞利散射光相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化，通过实时将当前时刻的管道所缠绕的某一段传感光纤后向瑞利散射信号与其前一时刻的后向瑞利散射信号连续相干检测效应来定位管道位置，并实现将光相位的变化转化成为光信号的变化，干涉信号反映的传感光纤的感应振动频率与流速成比例。
传感光纤被流体振动调制的光相位变化量采用光时域反射和干涉式测量方法进行解调，通过一根传感光纤把多个待测流场串联起来，从而实现对多个待测流场流体流动产生的振动进行分布式测量。
光时域反射和干涉式测量装置采用后向散射光原理，由窄线宽光源的输出接入电光调制器输入，电光调制器被窄脉冲驱动电路驱动输出窄脉冲光，电光调制器输出接入光放大器EDFA输入，光放大器EDFA输出所需大功率窄脉冲光，大功率窄脉冲光经光纤环形器注入到传感光纤中，在传感光纤中将产生后向散射光得携带振动信号的瑞利散射光，自此便完成了携带振动信息光信号的提取工作；瑞利散射光再分别进入光接收模块进行光电转换，从而完成信号的光电探测工作；而后分别由同步信号采集器进行模数转换，从而得到数字信号，再由监测分析处理系统，便最终监测分析处理系统的分析得到整串光纤流量传感探头所在流量信息。
分布式光纤测量流量的方法，包括以下步骤：
步骤一，窄线宽光源经电光调制器和窄脉冲驱动电路调制驱动产生光脉冲和同步信号；
步骤二，所述光脉冲经光放大器放大后经过光纤环形器进入传感光纤，受待测流场里旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号也就被此振动调制生成携带振动信号的后向散射光即瑞利散射光信号；
步骤三，所述瑞利散射光进入光接收模块转换成电信号，最后进入AD采集器；
步骤四，所述同步信号控制双通道AD采集器对AD信号的采集；
步骤五，监测分析处理系统接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据预处理、数据定标、数据解调、数据修正得到流量信息。
本发明所述的分布式光纤测量流量装置相对于现有技术优点在于：本发明是非电测量、安全可靠、能实时连续分布式遥测，通过采用一根传感光纤即可探测光纤所缠绕的待测流体场的所有流体的流量。比其它光纤流量计有更高的灵敏度和性价比，而且由于检测的是相位信号，故不受光源波动、温度变化等因素的影响，特别适合在如煤矿一类防爆环境下的管道气体流量测试。
附图说明
图1为本发明所述的装置结构示意图；
图2是本发明所述的传感光纤在待测流体场的缠绕示意图；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
结合图1、图2可知，分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感光纤，待测流场管道内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端连接在分布式光纤传感主机上。
分布式光纤传感主机包括发光单元、光纤环形器5、光接收模块6、AD采集器7、检测分析处理系统8。
发光单元中，窄线宽光源1的输出接入电光调制器3输入，电光调制器3被窄脉冲驱动电路2驱动输出窄脉冲光，电光调制器3输出接入光放大器EDFA4输入，窄脉冲光在光放大器EDFA4中放大输出所需大功率窄脉冲光，大功率窄脉冲光经光纤环形器5注入到传感光纤中，将传感光纤缠绕在多个待测流场管道表面，成为多个光纤探头10-n，在待测流场内部分别设置一障碍物，流体遇到障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街9。此旋涡频率与流速成正比。缠绕在待测流场管道表面的光纤探头10-n受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向瑞利散射光信号也就被此振动调制，调制后的后向瑞利散射光信号经过光纤环形器5进入光接收模块6，自此便完成了携带振动信息光信号的提取工作；瑞利散射光经过光接收模块6进行光电转换，从而完成光信号的光电探测工作；而后分别由AD采集器7进行模数转换，从而得到数字信号，再由监测分析处理系统8分析处理，最终得到整串光纤流量传感探头所在待测流场的流量信息。
分布式光纤流量测量方法方法，包括以下步骤：
步骤一，窄线宽光源1经电光调制器3和窄脉冲驱动电路2调制驱动产生光脉冲和同步信号；
步骤二，所述光脉冲经光放大器4放大后经过光纤环形器5进入传感光纤，受待测流场里旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号也就被此振动调制生成携带振动信号的后向散射光即瑞利散射光信号；
步骤三，所述瑞利散射光进入光接收模块6转换成电信号，最后进入AD采集器7；
步骤四，所述同步信号控制双通道AD采集器7对AD信号的采集；
步骤五，监测分析处理系统8接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据预处理、数据定标、数据解调、数据修正得到流量信息。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
Claims (6)
1.分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感光纤，其特征在于：待测流场管道内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端连接在分布式光纤传感主机上。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于：所述的传感光纤可以同时缠绕在多个待测流场管道表面，同时测量多个流场流量。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于：所述的分布式光纤传感主机包括发光单元、光纤环形器、光接收模块、AD采集器、检测分析处理系统。
4.根据权利要求3所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于：所述的发光单元结构为，由窄线宽光源的输出接入电光调制器输入，电光调制器被窄脉冲驱动电路驱动输出窄脉冲光，电光调制器输出接入光放大器输入，光放大器输出所需大功率窄脉冲光。
5.根据权利要求4所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于：所述的窄脉冲驱动电路发出同步信号，控制AD采集器的数据采集。
6.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量的方法，其特征在于，包括下列步骤：
a、窄线宽光源经电光调制器和窄脉冲驱动电路调制驱动产生窄脉冲光和同步信号；
b、所述窄脉冲光经光放大器放大后经过光纤环形器进入传感光纤，受待测流场里旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号相位也就被此振动调制，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化，通过实时将当前时刻的管道所缠绕的某一段光纤后向瑞利散射信号与其前一时刻的后向瑞利散射信号连续相干检测效应来定位管道位置，并实现将光相位的变化转化成为光强的变化，干涉信号反映的传感光纤的感应振动频率与流速成比例，从而可求出流场的流速；
c、所述瑞利散射光进入光接收模块转换成电信号，最后进入AD采集器；
d、所述同步信号控制双通道AD采集器对AD信号的采集；
e、监测分析处理系统接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据预处理、数据定标、数据解调、数据修正得到流量信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010106191184A CN102128653A (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010106191184A CN102128653A (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102128653A true CN102128653A (zh) | 2011-07-20 |
Family
ID=44266830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010106191184A Pending CN102128653A (zh) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | 分布式光纤测量流量装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102128653A (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103376135A (zh) * | 2012-04-13 | 2013-10-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 非接触式光纤测量流量的装置与方法 |
| CN103926221A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-16 | 江苏中能光电技术有限公司 | 一种基于光纤传感的分布式瓦斯监测系统及监测方法 |
| CN103940779A (zh) * | 2014-04-13 | 2014-07-23 | 浙江大学 | 一种气体喷射流场的测量方法 |
| CN104993864A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 合肥融讯电子科技有限公司 | 基于瑞利散射技术的ont状态测试仪 |
| CN106153978A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 天津大学 | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试装置与测试方法 |
| CN106597280A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-04-26 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 一种电机流体场与温度场一体化测量装置及方法 |
| CN107389144A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-24 | 电子科技大学 | 一种井下流体流量测量方法及流量测量仪 |
| CN108369118A (zh) * | 2015-07-31 | 2018-08-03 | 诺龙有限公司 | 使用光纤传感器对明渠中的流体流的监测 |
| CN109724658A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-05-07 | 武汉易维电子科技有限公司 | 流量计量电路及流量计量装置 |
| CN110749357A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-02-04 | 宁夏隆基宁光仪表股份有限公司 | 基于max35103和max31865测量系统的双通道液体超声波流量计测量方法 |
| TWI700125B (zh) * | 2014-12-10 | 2020-08-01 | 美商柏克萊燈光有限公司 | 用於操作電氣動力裝置之系統 |
| WO2021100274A1 (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 日本電気株式会社 | 測定システム、測定装置及び測定方法 |
| CN112859497A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 激光投影显示系统 |
| CN113267642A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-17 | 海南赛沐科技有限公司 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1083208A (zh) * | 1992-08-25 | 1994-03-02 | 电子科技大学 | 一种光纤流量计 |
| JP2002365103A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Fujikura Ltd | 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 |
| US20090314102A1 (en) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | Qorex Llc | Polarization based fiber optic downhole flowmeter |
| CN101632004A (zh) * | 2006-12-22 | 2010-01-20 | 荷兰应用自然科学研究组织 | 包括光纤布拉格光栅传感器的卡门涡流流量计组件以及测量流体流速的方法 |
| CN101839760A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-09-22 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 基于中继放大传感技术的分布式光纤振动传感器及方法 |
| CN201917361U (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-03 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 分布式光纤测量流量装置 |
-
2010
- 2010-12-29 CN CN2010106191184A patent/CN102128653A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1083208A (zh) * | 1992-08-25 | 1994-03-02 | 电子科技大学 | 一种光纤流量计 |
| JP2002365103A (ja) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Fujikura Ltd | 光ファイバループ干渉計型カルマン渦流量計 |
| CN101632004A (zh) * | 2006-12-22 | 2010-01-20 | 荷兰应用自然科学研究组织 | 包括光纤布拉格光栅传感器的卡门涡流流量计组件以及测量流体流速的方法 |
| US20090314102A1 (en) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | Qorex Llc | Polarization based fiber optic downhole flowmeter |
| CN101839760A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-09-22 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 基于中继放大传感技术的分布式光纤振动传感器及方法 |
| CN201917361U (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-03 | 上海华魏光纤传感技术有限公司 | 分布式光纤测量流量装置 |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103376135A (zh) * | 2012-04-13 | 2013-10-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 非接触式光纤测量流量的装置与方法 |
| CN103926221A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-16 | 江苏中能光电技术有限公司 | 一种基于光纤传感的分布式瓦斯监测系统及监测方法 |
| CN103940779A (zh) * | 2014-04-13 | 2014-07-23 | 浙江大学 | 一种气体喷射流场的测量方法 |
| TWI700125B (zh) * | 2014-12-10 | 2020-08-01 | 美商柏克萊燈光有限公司 | 用於操作電氣動力裝置之系統 |
| CN104993864A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 合肥融讯电子科技有限公司 | 基于瑞利散射技术的ont状态测试仪 |
| US10914621B2 (en) | 2015-07-31 | 2021-02-09 | Nuron Limited | Monitoring of fluid flow in an open channel using an optical fibre sensor |
| CN108369118B (zh) * | 2015-07-31 | 2020-03-31 | 诺龙有限公司 | 使用光纤传感器对明渠中的流体流的监测 |
| CN108369118A (zh) * | 2015-07-31 | 2018-08-03 | 诺龙有限公司 | 使用光纤传感器对明渠中的流体流的监测 |
| CN106153978B (zh) * | 2016-06-20 | 2019-12-31 | 天津大学 | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试方法 |
| CN106153978A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-23 | 天津大学 | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试装置与测试方法 |
| CN106597280A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-04-26 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 一种电机流体场与温度场一体化测量装置及方法 |
| CN107389144A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-24 | 电子科技大学 | 一种井下流体流量测量方法及流量测量仪 |
| CN109724658A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-05-07 | 武汉易维电子科技有限公司 | 流量计量电路及流量计量装置 |
| CN109724658B (zh) * | 2019-01-21 | 2020-07-17 | 武汉易维电子科技有限公司 | 流量计量电路及流量计量装置 |
| CN110749357A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-02-04 | 宁夏隆基宁光仪表股份有限公司 | 基于max35103和max31865测量系统的双通道液体超声波流量计测量方法 |
| CN112859497A (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-28 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 激光投影显示系统 |
| WO2021100274A1 (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 日本電気株式会社 | 測定システム、測定装置及び測定方法 |
| JPWO2021100274A1 (zh) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | ||
| US20230043442A1 (en) * | 2019-11-20 | 2023-02-09 | Nec Corporation | Measurement system, measurement device, and measurement method |
| JP7347703B2 (ja) | 2019-11-20 | 2023-09-20 | 日本電気株式会社 | 測定システム、測定装置及び測定方法 |
| US11927463B2 (en) * | 2019-11-20 | 2024-03-12 | Nec Corporation | Measurement system, measurement device, and measurement method to detect a direction in which fluid flows |
| CN113267642A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-17 | 海南赛沐科技有限公司 | 一种全海深海流分布的监测方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102128653A (zh) | 分布式光纤测量流量装置及方法 | |
| CN102141421A (zh) | 全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法 | |
| CN105509868B (zh) | 相位敏感光时域反射光纤分布式传感系统相位计算方法 | |
| CN103954348B (zh) | 基于差分脉冲序列的分布式光纤振动传感系统 | |
| CN103954349B (zh) | 一种分布式光纤振动传感系统的侧向定位方法 | |
| CN104568119A (zh) | 一种单光源脉冲编码的光纤振动传感系统及其传感方法 | |
| CN108415067B (zh) | 一种基于微结构光纤分布式声波传感的地震波测量系统 | |
| CN102865914B (zh) | 分布式光纤振动传感器 | |
| CN102587897B (zh) | 非浸入式井下光纤流量监测系统 | |
| CN103900623B (zh) | 基于双声光调制器的光时域反射仪及其共模抑制方法 | |
| CN106153978B (zh) | 基于光纤mems法珀微腔的流速测试方法 | |
| CN107505041A (zh) | 一种基于相位敏感光时域反射计的相位解调装置和方法 | |
| CN102628698A (zh) | 分布式光纤传感器及信息解调方法 | |
| CN104568120B (zh) | 一种复合原理光纤传感系统和传感方法 | |
| CN106015947A (zh) | 基于互联网的管道原位监测系统 | |
| CN105318898A (zh) | 基于扫频光源的全同弱反射光栅传感网络解调系统及方法 | |
| CN102866261B (zh) | 检测超声波在测流速中飞行时间的方法 | |
| CN107167228A (zh) | 基于室外小档距oppc光缆的分布式光纤测振系统及方法 | |
| CN201917361U (zh) | 分布式光纤测量流量装置 | |
| CN105277270A (zh) | 一种基于光纤光栅传感的双模式振动探测系统 | |
| CN104406642A (zh) | 一种时差法超声波流量计精确测量方法 | |
| CN203465033U (zh) | 基于宽谱光源的布里渊分布型光纤温度传感器 | |
| CN204575216U (zh) | 分布式光纤温度测量装置 | |
| CN103822646A (zh) | 光纤光栅解调系统中长距离光延迟效应的解调方法 | |
| CN107167225B (zh) | 一种分布式光纤应力及振动的传感系统及其传感方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110720 |