CN105675075A - 一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置 - Google Patents

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秦汝祥
付婷婷
戴广龙
杨应迪
唐明云
邱进伟
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/661—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters using light

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Abstract

本发明公开光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置，涉及管道流量测试领域。该装置由安装于基座管道上的激光发生器、石英纤维管、光信号接收器、光电信号处理与显示模块和阀门组成。石英纤维管在微小风速下发生飘动，石英纤维管末端产生位移，激光发生器发出的，经石英纤维管，并从其末端射出的光束，产生相应的位置变化；光信号接收器接受光束位置变化信息，通过电信号传递给光电信号处理与显示模块；经模块内程序计算，显示基座管道内的气体流量。

Description

一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置
技术领域
本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采钻孔流量测试领域，适用于大管径小流量测试。
背景技术
钻孔抽采瓦斯是煤矿生产过程中消除煤层突出危险性，将瓦斯变废为宝的主要技术方法。衡量煤矿瓦斯治理效果和评价待开采煤层突出危险性，需要对抽采瓦斯量进行准确计量。钻孔群抽采干管流量计量目前测试装备相对成熟，但煤矿抽采瓦斯研究工作中，常面临需要测试单个抽采钻孔内瓦斯流量信息的问题。由于单孔瓦斯流量小，气体流速低，传统的基于速度原理和差压原理的测试仪器如涡轮、超声波、涡街和孔板流量计等易出现实际流量低于其最小量程的情况，而不敏感，难以准确计量；基于热交换原理的热式流量计又因钻孔内水汽的影响而影响准确计量；测试小流量的皂沫流量计和浮子流量计主要适用于小流体断面的管道，若采取变管径的方法将抽采瓦斯钻孔套管强行缩小，利用这类计量装置进行计量，则会因断面的急剧收缩而产生抽采负压的损失，偏离预计钻孔抽采瓦斯的外在需求条件，使得抽采瓦斯单孔计量分析失去意义。
发明内容
为实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔单孔小流量的准确计量，本发明提出一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置。
该装置的结构如图1所示，由激光发生器1、石英纤维管2、光信号接收器3、光电信号处理与显示模块4、基座管道5和阀门6组成。
非常柔软的石英纤维管在微小风速下发生飘动，使石英纤维管末端位置变化。当激光发生器发出的光经石英纤维管时，发生全反射而从石英纤维管末端射出。基座管道内气体流量的变化决定着激光从石英纤维管末端射出的光斑在光信号接收器位置的变化，管道内壁上固定的光信号接收器，采集光信号，根据不同位置采集的光信号判断石英纤维管末端发生的偏移情况，利用光电信号处理与显示模块内的程序对光信号进行计算与分析，显示基座管道内的气体流量。
本发明原理简单，采用柔软的石英纤维管可感知非常微弱的风流流动，测试装置的机械阻力小，利用光电信号处理与显示模块对测试结果进行计算与修正，提高其准确性。
附图说明
图1为一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置。
图中标号：1—激光发生器，2—石英纤维管，3—光信号接收器，4—光电信号处理与显示模块，5—基座管道，6—阀门。
具体实施方式
如图1所示，一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置主要包括激光发生器1、石英纤维管2、光信号接收器3、光电信号处理与显示模块4、基座管道5和阀门6。装置安装后，关闭阀门6，启动激光发生器，经石英纤维管导光，激光照射于管道内壁另一侧的光信号接收器，获得测试管道内无气体流量时的石英纤维管末端指示的初始位置。打开阀门6后，基座管道内微小气体流量带动非常柔软的石英纤维管发生飘动，石英纤维管末端位置发生变化，激光发生器发出的激光经石英纤维管，照射于管道内壁另一侧的光信号接收器，获得气体流动状态下的石英纤维管末端指示的测试位置。根据石英纤维管末端初始位置和测试位置的变化量，经光电信号处理与显示模块4计算与处理，获得管道内气体流量值，实现钻孔内小流量瓦斯气体的准确计量。

Claims (5)

1.一种光感原理的瓦斯抽采钻孔单孔小流量测试装置，其特征在于：装置由安装于基座管道上的激光发生器、石英纤维管、光信号接收器、光电信号处理与显示模块和阀门组成。
2.根据权利要求书1所述的用于测试基座管道内气体流量的石英纤维管，其特征在于：石英纤维管细小、柔软，受微小气体流动影响纤维管末端发生位置偏转；光在纤维管内发生全反射。
3.根据权利要求书1所述的光信号接收器，其特征在于：固定在激光发生器对应另一侧的基座管道内壁，接受纤维管末端发射的激光信号，产生电信号传递给光电信号处理与显示模块。
4.根据权利要求书1所述的光电信号处理与显示模块，其特征在于：对光信号接收器传递过来的光信号进行位置编码和对比运算，显示基座管道内气体流量信息。
5.根据权利要求书1所述的阀门，其特征在于：对基座管道内气体截止和导流控制。
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