CN106338313A - 一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种插入式光纤流量传感检测系统。该系统由插入式涡轮转动机构、反射式强度调制型光纤传感器（RIM‑FOS）、传输光纤、信号处理单元、上位机监控平台等部分组成。该系统的工作原理是：首先在需要测量的管道上方打孔并焊接法兰盘，然后将插入式涡轮转动机构、反射式光纤传感器部件安装到法兰盘上；流体从管道流过，带动垂直轴涡轮旋转，涡轮的轮轴延伸到管道上方，轮轴上方是光纤探头；光纤探头内的发射光纤发射出光信号，打到轮轴端部的切槽上，轮轴与切槽为一体结构同步旋转；经过轮轴端部切槽反射的光信号形成周期性波形，接收光纤接收光信号并经传输光纤传送至信号处理单元；经过处理的信号在上位机界面显示，可以精确计算出流体的流速、流量等参数。

Description

一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统

技术领域

本发明涉及光纤传感检测技术领域，特别是涉及一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统。

背景技术

流量检测在电力、石油、化工、机械、航空、医疗器械等领域都有着广泛的应用，流量检测的准确、高效、稳定、便捷是其重要性能招标，研发高水平的流量检测系统是人们生产与生活十分需要的。

在工业生产中，对大管径管道进行流量检测是非常普遍的现象，大多数流量计的安装需要截断管道，很多时候会对工业生产造成不便。插入式流量计具有结构简单、可不切断管道拆装、适用性强等优点，因此插入式流量计更适用于大管径管道。

光纤流量传感检测是光纤传感技术与传统流量检测技术相结合的一种新型流量检测技术，它具有长距离、大区域、耐腐蚀、抗干扰的优点，易实现大区域分布式检测，该项技术的研发受到人们越来越多的关注。现阶段可查资料显示，传统的插入式光纤流量计由于其结构设计缺陷，光信号对流量的检测只能在流体中实现，使其对被测流体的清洁度要求较高。当被测流体清洁度较低时，由于光信号受到阻挡，导致传统的插入式光纤流量计不能正常工作。针对传统插入式光纤流量计存在的问题，本文研发了一种插入式光纤涡轮流量传感检测系统，将光信号流量检测单元设计在管道外部，避免了光信号与流体的直接接触，解决了光纤流量检测受流体洁净程度影响的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：传统的插入式光纤涡轮流量计受流体性质影响较大，当流体清洁度较低时无法正常工作。为解决上述问题，本发明提出了一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统。

本发明的技术方案是：一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统。插入式检测方式可以实现不切断管道拆装，方便大管径管道流量的检测；垂直轴涡轮的使用可以将测量转速的光纤探头从管道内移至管道外，避免了被测流体对检测光信号的影响；采用反射式强度调制型光纤传感器（RIM-FOS）能够提高测量量程比，实现远程监测和控制。

该系统由插入式涡轮转动机构、RIM-FOS、传输光纤、信号处理单元、上位机监控平台等部分组成。该系统的工作原理是：首先在需要测量的管道上方打孔并焊接法兰盘，然后将插入式涡轮转动机构、反射式光纤传感器部件安装到法兰盘上；流体从管道流过，带动垂直轴涡轮旋转，涡轮的轮轴延伸到管道上方，轮轴上方是光纤探头；光纤探头内的发射光纤发射出光信号，打到轮轴端部的切槽上，轮轴与切槽为一体结构同步旋转；经过轮轴端部切槽反射的光信号形成周期性波形，接收光纤接收光信号并经传输光纤传送至信号处理单元；经过处理的信号在上位机界面显示，可以精确计算出流体的流速、流量等参数。

附图说明：

图1是插入式光纤流量传感检测系统的总体设计方案示意图；

图2是插入式涡轮转动机构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是图2的C-C剖视图；

图6是支撑轴套示意图；

图7是光纤探头剖视图；

图8是轴端切槽的俯视图。

图中，101管道，102插入式涡轮转动机构，103法兰盘，104 RIM-FOS，105传输光纤，106信号处理单元，107上位机监控平台；201垂直轴涡轮，202高速止推轴承，203轮轴，204支撑轴套，205高速滚动轴承，206轴端切槽，207光纤探头，208RIM-FOS支撑架，209紧固螺栓，210法兰盘，211紧固螺栓；601端盖，602筋板，603轴套，604筋板；701接受光纤B2组，702接收光纤A组，703接收光纤B1组，704发射光纤。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术特征和有益效果更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

参照图1，本发明的一种插入式光纤流量传感检测系统的总体设计。该系统由插入式涡轮转动机构102、RIM-FOS 104、传输光纤105、信号处理单元106、上位机监控平台107等部分组成。在管道101上方焊接法兰盘103，将插入式涡轮转动机构102和RIM-FOS 104安装到法兰盘103上，并通过螺栓紧固。流体从管道101流过，带动垂直轴涡轮旋转，涡轮的轮轴延伸到管道上方，轮轴上方是RIM-FOS 104。RIM-FOS 104内的发射光纤发射出光信号，光信号经过轮轴端部的反射，由接收光纤接收并经光纤传送至信号处理单元106。经过处理的信号送入上位机监控平台107显示，并计算得出流体的流速、流量等参数。

参照图2至图6，本发明的一种插入式涡轮转动机构。插入式涡轮转动机构包括垂直轴涡轮201、高速止推轴承202、轮轴203、支撑轴套204、高速滚动轴承205、紧固螺栓211、键212、紧固螺钉213、端盖214等部件。图2中法兰盘210、RIM-FOS的支撑架208通过紧固螺栓209连接，然后再通过紧固螺栓与管道法兰盘103连接在一起。垂直轴涡轮201采用两层叶轮结构，有很好的启动性能，能够测量微流量。同时，它将测量转速的光纤探头207由管道内转移到管道外，结构得到简化，避免了测量精度受流体性质的影响。垂直轴涡轮201与轮轴203通过键连接，且由端盖和螺钉紧固，保证垂直轴涡轮与轮轴的旋转一致性，从而保证流体流速与轮轴转速的一致性。安装在下方的高速止推轴承202可以承担轮轴203的重量，与安装在上方的高速滚动轴承205相互配合，能够使轮轴获得较大的转速范围。支撑轴套204的设计结构便于轴和轴承的安装。参照图6，轴套603的两端焊有三角筋板602和604，筋板起到稳定轴套的作用，能够在较强的流体环境下保证涡轮机构平稳运行。601作为支撑轴套下端的端盖，既能支撑高速止推轴承202，又可以加装油封，保证支撑轴套下端的密封良好性，防止流体流入造成轮轴等部件锈蚀。

参照图2和图7，本发明的一种反射式强度调制型光纤传感器（RIM-FOS）。RIM-FOS由光纤探头207、支撑架208、轴端切槽206组成。光纤探头207的发射光纤发射光信号，经过轴端切槽206的反射，由光纤探头207的接收光纤接收后形成周期性方波。图7中是光纤探头的发射探头与接收探头的分布情况。图8是轴端切槽的俯视图，切槽之间相隔60°，均匀分布有6个切槽。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统。

2.插入式检测方式可以实现不切断管道拆装，方便大管径管道流量的检测；垂直轴涡轮的使用可以将测量转速的光纤探头从管道内移至管道外，避免了被测流体对检测光信号的影响；采用反射式强度调制型光纤传感器（RIM-FOS）能够提高测量量程比，实现远程监测和控制。

3.如权利要求1所述的插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统，该系统由插入式涡轮转动机构、RIM-FOS、传输光纤、信号处理单元、上位机监控平台等部分组成。

4.如权利要求1所述的插入式垂直轴涡轮光纤流量传感检测系统，该系统的工作原理是：首先在需要测量的管道上方打孔并焊接法兰盘，然后将插入式涡轮转动机构、反射式光纤传感器部件安装到法兰盘上；流体从管道流过，带动垂直轴涡轮旋转，涡轮的轮轴延伸到管道上方，轮轴上方是光纤探头；光纤探头内的发射光纤发射出光信号，打到轮轴端部的切槽上，轮轴与切槽为一体结构同步旋转；经过轮轴端部切槽反射的光信号形成周期性波形，接收光纤接收光信号并经传输光纤传送至信号处理单元；经过处理的信号在上位机界面显示，可以精确计算出流体的流速、流量等参数。