CN102944269A - 一种光纤激光流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤激光流量计，该光纤激光流量计包括：将该光纤激光流量计与被测管道固接的外壳(10)；安装于该外壳(10)内部的固定梁(50)；以及安装于该固定梁(50)以测量流体流量的光纤激光器(30)。利用本发明，解决了现有流量计影响原管道的流量和流场，以及简化流量计的结构和工艺问题。

Description

一种光纤激光流量计
技术领域
本发明涉及流量测试技术领域，尤其涉及一种光纤激光流量计，适用于测量流体的流量。
背景技术
在工业生产和人民生活的很多领域，都需要对流体的流量进行监测。目前，常用的流量计有靶式流量计、涡轮流量计、涡街流量计等。这些流量计大多是通过电传感器测得力、转速或振动信号，再输入分析设备进行计算，最后得出流量数值。但是，电子类传感器存在密封性差、易漏电、易腐蚀、受电磁干扰等问题。
光纤传感器采用光纤进行传感和传输，不存在上述问题，因此近年得到了越来越多的重视。但是目前的光纤流量计仍存在较多问题。
李川等人提出了一种靶式光纤光栅液体流量计(中国发明专利申请200910094845.0)，该流量计采用阻流靶、连杆、悬臂等一系列传递机构将流体引起的在阻流靶上的压力传递给光纤光栅，通过光栅光谱的变化测得流量。该设计的不足在于：1)阻流靶影响了原有管道内的流场和流量；2)需要增加轴封片、设置长条孔等，工艺和结构复杂，尤其是需要对连杆这一可动机构进行密封，可靠性低。
张强等人同样提出了“带温度补偿的光纤光栅液体流量传感器”(中国发明专利申请200910229030.9)，该传感器中采用“弹性舌”感受流体引起的压力，其不足在于：1)弹性舌本身同样会影响原有管道中的流量和流场特性；2)光纤光栅的方向与流体方向不平行，流体流动会对光纤光栅产生附加应力，从而影响测量精度。
高应俊等人在实用新型专利“光纤光栅流量传感器”中也公开了一种类似的结构，该结构采用将光纤光栅布置于“片状物”上的方法进行流量测量，片状物感受流体的压力。该方案存在与上述两个方案相同的不足：片状物同样会影响原有管道中的流量和流场特性。此外，光纤光栅与片状物连为一体容易产生啁啾，从而影响测量精度。
赵栋等人提出了光纤涡街流量计的设计(赵栋，等，“基于白光干涉原理的全光纤涡街流量测量方法，”仪器仪表学报，2011)，这种涡街式流量计采用光纤垂直于流向布置，通过流体的压力使光纤长度发生变化。其不足在于传感器系统复杂，当流体粘度较大时光纤很容易被流体冲断。
因此，如何使流量计尽量小地影响原管道的流量和流场，简化流量计的结构和工艺，成为光纤流量计目前亟需解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于流体流量监测的光纤激光流量计，以解决现有流量计影响原管道的流量和流场，以及简化流量计的结构和工艺问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种光纤激光流量计，该光纤激光流量计包括：将该光纤激光流量计与被测管道固接的外壳10；安装于该外壳10内部的固定梁50；以及安装于该固定梁50以测量流体流量的光纤激光器30。
上述方案中，所述外壳10呈中空的圆柱形，其侧壁有一引出孔11，光纤激光器30的尾纤通过该引出孔11引出。
上述方案中，该光纤激光流量计还包括一解调设备，光纤激光器30的尾纤通过该引出孔11引出后与该解调设备连接，使该解调设备对光纤激光器30测出的数据进行解调。
上述方案中，所述固定梁50为一流线型细长梁结构，具有一中心孔51。
上述方案中，所述光纤激光器30被固定于固定梁50的该中心孔51，所述光纤激光器30用以测量流体流量的一端沿流体流动方向悬浮于流体中，尾纤所在一端通过该引出孔11引出。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种光纤激光流量计，采用一根光纤激光器沿着流体方向布置的方式，最大限度地减小了对原管道的流量和流场的影响。
2、本发明提供的这种光纤激光流量计，通过在固定梁背向流体方向的一侧安装光纤激光器，使光纤激光器平行于流体流向，减小了流体对光纤的附加作用。
3、本发明提供的这种光纤激光流量计，通过测量光纤激光器的噪声检测流量，简化了传感器结构和工艺。
附图说明
图1为本发明提供的光纤激光流量计的示意图；
图2为本发明提供的光纤激光流量计的固定梁的示意图；
图3为本发明提供的光纤激光流量计在低流速时的光纤激光器噪声水平；
图4为本发明提供的光纤激光流量计在高流速时的光纤激光器噪声水平。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参照图1和图2，图1为本发明提供的光纤激光流量计的示意图；图2为本发明提供的光纤激光流量计的固定梁的示意图。该光纤激光流量计包括：将该光纤激光流量计与被测管道固接的外壳10；安装于该外壳10内部的固定梁50；以及安装于该固定梁50以测量流体流量的光纤激光器30。
其中，所述外壳10呈中空的圆柱形，其侧壁有一引出孔11，光纤激光器30的尾纤通过该引出孔11引出。该光纤激光流量计还包括一解调设备，光纤激光器30的尾纤通过该引出孔11引出后与该解调设备连接，使该解调设备对光纤激光器30测出的数据进行解调。所述固定梁50为一流线型细长梁结构，具有一中心孔51。所述光纤激光器30被固定于固定梁50的该中心孔51，所述光纤激光器30用以测量流体流量的一端沿流体流动方向悬浮于流体中，尾纤所在一端通过该引出孔11引出。
本发明提供的光纤激光流量计的工作原理为，参考图1至图4，当流体在外壳10中流动时，固定梁50在外壳10中的截面积越小越好。优选地，固定梁50应为一流线型细长梁结构。当流体在外壳10中流过时，流体在光纤激光器30的外表面会引起微弱变化的压力起伏，该压力起伏会引起光纤激光器30的噪声水平发生变化。当流速增加时，压力起伏变大，激光器的噪声水平也近似线性地增加如图3和图4所示。光纤激光器30的尾纤接入解调设备。在解调设备中，可以通过干涉法、外差法等不同的方法来测试激光器的噪声水平。在测量流量前，先标定激光器的噪声水平与流量的关系，即可通过激光器的噪声水平来测试流量。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光纤激光流量计，其特征在于，该光纤激光流量计包括：
将该光纤激光流量计与被测管道固接的外壳(10)；
安装于该外壳(10)内部的固定梁(50)；以及
安装于该固定梁(50)以测量流体流量的光纤激光器(30)。
2.根据权利要求1所述的光纤激光流量计，其特征在于，所述外壳(10)呈中空的圆柱形，其侧壁有一引出孔(11)，光纤激光器(30)的尾纤通过该引出孔(11)引出。
3.根据权利要求2所述的光纤激光流量计，其特征在于，该光纤激光流量计还包括一解调设备，光纤激光器(30)的尾纤通过该引出孔(11)引出后与该解调设备连接，使该解调设备对光纤激光器(30)测出的数据进行解调。
4.根据权利要求2所述的光纤激光流量计，其特征在于，所述固定梁(50)为一流线型细长梁结构，具有一中心孔(51)。
5.根据权利要求4所述的光纤激光流量计，其特征在于，所述光纤激光器(30)被固定于固定梁(50)的该中心孔(51)，所述光纤激光器(30)用以测量流体流量的一端沿流体流动方向悬浮于流体中，尾纤所在一端通过该引出孔(11)引出。
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