CN102141421A - 全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全光纤干涉仪式测量流量的装置及方法，将传感光纤缠绕在待测流场管道表面，光源发出的光通过全光纤干涉仪从传感光纤的两端进入，在待测流场里设置一障碍物；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。缠绕在待测流场管道表面的传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，利用探测器对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。本发明是非电测量、安全可靠、能实时连续分布式遥测，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，尤其涉及干涉仪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，防爆环境下的流量实时遥控是一个重要而因难的问题。现在用的多是简单、原始的测量方法，不能遥测，只能人工一点一点地测，并需要进行曲线校正。最近引入的超声波多普勒流量计和超声波旋涡调制式流量计需要换能器转换为电信号，在易燃、易爆的环境中测量，需要加体积很大的防爆装置，应用上受到很大的限制。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种全光纤干涉仪式测量流量的装置与方法。
本发明采用的技术方案为：
全光纤干涉仪式测量流量的装置，包括光源、探测器和全光纤干涉仪，光源发出的光通过全光纤干涉仪进入传感光纤的两端，将传感光纤缠绕在待测流场管道表面，在待测流场内部设置一障碍物，全光纤干涉仪的输出端连接一探测器。
在待测流场里设置一障碍物；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。缠绕在待测流场管道表面的传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制，传感光纤振动后，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，利用探测器对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。
所述的全光纤干涉仪式测量流量的装置是采用基于光纤弹光效应进行流量测量的。将传感光纤缠绕在卡门涡街管道表面，当流体以速度v流过卡门涡街产生漩涡频率p，漩涡引起感应光纤中传输光的相位Φ发生变化，从而测量出当前管道流量。
传感光纤内光信号相位改变时通过全光纤干涉仪输出的光强与受到相应的振动对应。
全光纤干涉仪式测量流量的方法，包括以下步骤：
步骤一，光源发出的光经过全光纤干涉仪进入传感光纤两端；
步骤二，在待测流场里设置一障碍物；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；
步骤三，缠绕在待测流场管道表面的传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制；
步骤四，传感光纤振动后，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，利用探测器对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。
本发明所述的分布式光纤流量测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，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；
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。
一种全光纤干涉仪式测量流量的装置，如图1所示：全光纤干涉仪式测量流量的装置，包括光源1、探测器2和全光纤干涉仪3，光源1发出的光通过全光纤干涉仪3进入传感光纤4的两端，将传感光纤4缠绕在待测流场管道表面，在待测流场内部设置一障碍物，全光纤干涉仪的输出端连接一探测器2。
在待测流场里设置一障碍物；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5，此旋涡频率与流速成正比。缠绕在待测流场管道表面的传感光纤4受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤4中的光信号也就被此振动调制，传感光纤4振动后，在全光纤干涉仪3处会形成明显的干涉条纹，利用探测器2对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。
所述的全光纤干涉仪式测量流量的装置是采用基于光纤弹光效应进行流量测量的。将传感光纤4缠绕在卡门涡街5管道表面，当流体以速度v流过卡门涡街5产生漩涡频率p，漩涡引起感应光纤中传输光的相位Φ发生变化，从而测量出当前管道流量。传感光纤内光信号相位改变时通过全光纤干涉仪输出的光强与受到相应的振动对应。
一种全光纤干涉仪式测量流量的方法，包括以下步骤：
全光纤干涉仪3可以基于以下技术：Sagnac干涉技术、Mach-Zender干涉技术、Michelson干涉技术、Fabry-Peort干涉技术及其它相位干涉技术实现。本实施例选用Mach-Zender干涉技术
全光纤干涉仪式测量流量的方法，包括以下步骤：
步骤一，光源1发出的光经过全光纤干涉仪3进入传感光纤两端；
步骤二，在待测流场里设置一障碍物；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5，此旋涡频率与流速成正比；
步骤三，缠绕在待测流场管道表面的传感光纤4受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制；
步骤四，传感光纤振动后，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，利用探测器2对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。
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 (3)
1.一种全光纤干涉仪式测量流量的装置，包括光源、探测器和全光纤干涉仪，其特征在于：光源发出的光通过全光纤干涉仪进入传感光纤的两端，将传感光纤缠绕在待测流场管道表面，在待测流场内部设置一障碍物，全光纤干涉仪的输出端连接一探测器。
2.根据权利要求1所述的全光纤干涉仪式测量流量的装置，其特征在于：所述的全光纤干涉仪可以基于以下技术：Sagnac干涉技术、Mach-Zender干涉技术、Michelson干涉技术、Fabry-Peort干涉技术及其它相位干涉技术实现。
3.一种全光纤干涉仪式测量流量的方法，包括以下步骤：
a、光源发出的光经过全光纤干涉仪进入传感光纤两端；
b、在待测流场里设置一障碍物；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；
c、缠绕在待测流场管道表面的传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中的光信号也就被此振动调制；
d、传感光纤振动后，在全光纤干涉仪处会形成明显的干涉条纹，传感光纤内光信号相位改变时通过干涉仪输出的光信号与受到的振动对应，利用探测器对相干光信号的分析处理，即可得到待测流场的流速。
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