CN103148896A

CN103148896A - 一种光纤两相流量计

Info

Publication number: CN103148896A
Application number: CN2013100440346A
Authority: CN
Inventors: 张文涛; 李芳�
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种光纤两相流量计，该光纤两相流量计包括：安装于被测管道的外壳；安装于外壳内部的固定梁；安装于固定梁用以测量流量的光纤激光器；以及安装于外壳外部用以测试光纤激光器的检测到的振动信号的解调设备。利用本发明，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。本发明提供的这种光纤两相流量计，通过测量光纤激光器的检测到的振动信号测量流量，保证了传感器在含有泥沙的情况下仍然可以正常工作。

Description

一种光纤两相流量计

技术领域

本发明涉及流量测试领域，尤其涉及一种光纤两相流量计，适用于测量两相流体的流量。

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。

上面的两种流量计都是单相流的流量计。在多相流方面，专利申请201110238251.X公开了一种用于井下管道的多相流量计，其原理是将两组光强调制型光纤传感器安装在油井管道的出口处，分别测量原油的光反射率和光透射率，经过处理可以推算出油气水三相混合液体单位时间内各相所占的比例，再利用相位调制型光纤传感器测量混合液体单位时间内的平均流量，根据比例关系计算出每一个单相单位时间内的流量。这种方案的缺点在于当流体中混有泥沙等杂质时，将严重影响原油的光反射率和光透射率，从而导致流量测量不准确甚至流量计失效。

因此，如何使流量计尽量小地影响原管道的流量和流场，保证流量计在含有泥沙的情况下仍能正常工作，成为光纤流量计目前亟需解决的问题。

本发明提出一种光纤两相流量计，用于两相流体流量的监测，重点解决现有光纤流量计无法在含有泥沙的情况下无法工作的问题。

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光纤两相流量计，以解决现有光纤流量计无法在含有泥沙的情况下无法工作的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种光纤两相流量计，该光纤两相流量计包括：安装于被测管道的外壳10；安装于外壳10内部的固定梁50；安装于固定梁50用以测量流量的光纤激光器30；以及安装于外壳10外部用以测试光纤激光器30的检测到的振动信号的解调设备40。

上述方案中，所述光纤光纤激光器30的一端悬浮于流体中，另一端通过光纤固定于固定梁50的中心孔51。

上述方案中，所述光纤光纤激光器30固定于固定梁50的一端穿过固定梁50的中心孔51及外壳10上的引出孔11连接于解调设备40。

上述方案中，所述引出孔11开在外壳10上，用以引出光纤激光器30的尾纤与解调设备40连接。

(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两相流量计，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两相流量计，通过在固定梁50背向流体方向的一侧安装光纤激光器的方法，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两相流量计，通过测量光纤激光器的检测到的振动信号测量流量，保证了传感器在含有泥沙的情况下仍然可以正常工作。

附图说明

图1为本发明提供的光纤两相流量计的示意图；

图2为本发明提供的光纤两相流量计的固定梁50的示意图；

图3为本发明提供的光纤两相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两相流量计在高流速时的光纤激光器噪声水平。

图5为本发明提供的光纤两相流量计在高水/油比例时的光纤激光器检测到的振动信号。

图6为本发明提供的光纤两相流量计在低水/油比例时的光纤激光器检测到的振动信号。

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～图2，图1为本发明提供的光纤两相流量计的示意图；图2为本发明提供的光纤两相流量计的固定梁50的示意图。该光纤两相流量计包括：安装于被测管道的外壳10；安装于外壳10内部的固定梁50；安装于固定梁50用以测量流量的光纤激光器30；安装于外壳10外部用以测试光纤激光器30的检测到的振动信号的解调设备40。其中，光纤光纤激光器30的一端悬浮于流体中，另一端通过光纤固定于固定梁50的中心孔51，且该固定于固定梁50的一端穿过固定梁50的中心孔51及外壳10上的引出孔11连接于解调设备40。引出孔11开在外壳10上，用以引出光纤激光器30的尾纤与解调设备40连接。

本发明提供的光纤两相流量计的工作原理为，参考图1、图2，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(图3、图4)。图3为本发明提供的光纤两相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两相流量计在高流速时的光纤激光器噪声水平。

光纤激光器30的尾纤接入解调设备40。在解调设备40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。

上述的是流体总流量的检测原理，下面介绍如何检测两相成分的比例，以流体的两相为油/水为例介绍。图5为本发明提供的光纤两相流量计在高水/油比例时的光纤激光器检测到的振动信号。图6为本发明提供的光纤两相流量计在低水/油比例时的光纤激光器检测到的振动信号。当油中混有少量的水时，水会引起光纤激光器周期性的振动，当水的比例较低时，振动发生的频率也较低，如图6所示；当水的比例增加，接近油的含量时，振动的发生的频率随之增加，如图5所示。因此，当检测两相流时，事先标定不同成分的含量引起的光纤激光器振动发生的频率，即可检测两相的成分比例。

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

1.一种光纤两相流量计，其特征在于，该光纤两相流量计包括：

安装于被测管道的外壳(10)；

安装于外壳(10)内部的固定梁(50)；

安装于固定梁(50)用以测量流量的光纤激光器(30)；以及

安装于外壳(10)外部用以测试光纤激光器(30)的检测到的振动信号的解调设备(40)。

2.根据权利要求1所述的光纤两相流量计，其特征在于，所述光纤光纤激光器(30)的一端悬浮于流体中，另一端通过光纤固定于固定梁(50)的中心孔(51)。

3.根据权利要求2所述的光纤两相流量计，其特征在于，所述光纤光纤激光器(30)固定于固定梁(50)的一端穿过固定梁(50)的中心孔(51)及外壳(10)上的引出孔(11)连接于解调设备(40)。

4.根据权利要求3所述的光纤两相流量计，其特征在于，所述引出孔(11)开在外壳(10)上，用以引出光纤激光器(30)的尾纤与解调设备(40)连接。