CN107543936A - 光纤光栅水流流速传感器 - Google Patents

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本发明公开了光纤光栅水流流速传感器，包括圆柱形中空底座，底座的底部内壁安装有支撑架，且支撑架与底座同轴设置，支撑架的顶部活动套接有推杆，推杆伸出支撑架的一端上方安装有与底座内侧壁固定连接的挡板，挡板与推杆之间安装有弹簧，弹簧的一侧沿其长度方向粘附有应变光栅，底座的顶部安装有与底座内部连通的线缆管道，推杆伸入支撑架内部的一端固定套接有套环，套环远离推杆的一端活动套接有传导棒，传导棒的外侧活动套接有与底座固定套接的导向套管，导向套管伸出底座的一端活动套接有万向板。本发明具有测量范围广、灵敏度高、结构简单、成本低等优点，能够快速、准确、实时的测量水流流速的变化，可广泛用于各种水流环境中。

Description

光纤光栅水流流速传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及光纤光栅水流流速传感器。
背景技术
海上结构在长期使用过程中，不断遭受海洋洋流的冲刷、海洋波浪冲击以及海洋生物滋生等因素的影响，从而出现海上结构基础动力软化、材料侵蚀老化现象，导致海上结构构件及整体抗力的衰减，影响结构的安全度和耐久度。因此，长期监测海洋洋流情况，对掌握海上结构物的性能演变，评价结构的工作状态，针对性进行合理的养修，避免各种安全事故发生，确保海上结构物的安全和提高使用年限具有重要意义，而水流流速是影响海洋施工平台安全的主要因素之一，对海洋水流流速监测将为海上结构物的正常使用提供安全保障。
测量水流流速的传感器很多，如超声波流速传感器、导热式流速传感器、激光流速传感器等，这些流速传感器只限于管道内液体流速的测量。目前，用来测量海洋环境中水流流速的专用传感器比较少。本发明主要用来监测海洋水流流速，亦可用于河流，明渠等具有一定水流流速的环境中。本发明克服了已有水流流速传感器结构复杂、适用性差、测量精度差的缺点，可准确实时的监测水流流速。
光纤光栅传感器是目前应用最为广泛的光纤传感器之一，可测量 应变、温度、压力、位移、流量、液位等参数。其传感原理一般基于被测参数变化引起光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长的变化，通过测量特征波长的移动量来测量上述参数。目前，国内外采用光纤光栅的水流流速传感器比较少。本发明运用光纤光栅测量弹簧应变间接测量水流流速。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的光纤光栅水流流速传感器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
光纤光栅水流流速传感器，包括圆柱形中空底座，所述底座的底部内壁安装有支撑架，且支撑架与底座同轴设置，所述支撑架的顶部活动套接有推杆，所述推杆伸出支撑架的一端上方安装有与底座内侧壁固定连接的挡板，所述挡板与推杆之间安装有弹簧，所述弹簧的一侧直线段沿其长度方向粘附有应变光栅和温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与应变光栅之间串联有光纤，所述温度补偿光栅松散放置在底座，且温度补偿光栅不与底座内部结构粘贴在一起，所述底座的顶部安装有与底座内部连通的线缆管道，所述推杆伸入支撑架内部的一端固定套接有套环，所述套环远离推杆的一端活动套接有传导棒，所述传导棒的外侧活动套接有与底座固定套接的导向套管，所述导向套管伸出底座的一端活动套接有万向板，所述传导棒伸出导向套管的一端安装有第一槽口连接件，所述第一槽口连接件远离传导棒的一端安装有杠杆，所述杠杆的一端与第一槽口连接件连接，所述杠杆的另一端 安装有第二槽口连接件，所述第二槽口连接件远离杠杆的一端安装有连接杆，所述连接杆远离第二槽口连接件的一端固定套接有位移塞，所述万向板的内部设置有文丘里管，所述文丘里管靠近位移塞的一侧开设有滑槽，所述滑槽与文丘里管的中心轴互相垂直，且位移塞位于滑槽内。
优选的，滑槽与位移塞之间安装有密封圈。
优选的，所述万向板的内部开设有长条形容纳槽，所述传导棒伸出导向套管的一端伸入容纳槽的内部，所述杠杆、第一槽口连接件和位移塞均位于容纳槽的内部，所述杠杆上活动套接转轴，所述转轴与容纳槽的侧壁固定连接。
优选的，所述文丘里管沿容纳槽的长度方向设置，且文丘里管与容纳槽的两端开口处安装有与容纳槽侧壁固定连接的挡板，且挡板将容纳槽分隔为密封的腔体。
优选的，所述套环上开设有与传导棒活动套接的通孔，所述通孔的内侧壁开设有圆环形限位槽，所述传导棒伸入通孔的一端焊接有与限位槽对接的圆环形。
优选的，所述底座的顶部预留有安装孔，所述底座的外圈开设有外螺纹。
优选的，所述第二槽口连接件包括与杠杆铰接的铰接座，所述铰接座的一侧安装有与连接杆固定套接的固定套筒，所述第二槽口连接件与第一槽口连接件结构一致。
本发明的有益效果：
万向板可自由旋转至与水流方向一致并保持平衡状态，水流自文丘里管进水口流入，收缩口流出，当流速变化时位移塞在滑槽内上下移动，由第一槽口连接件和杠杆将移动量传递到传导棒上，这时候传导棒推动推杆运动，从使弹簧挤压变形，通过将应变光栅沿弹簧应变方向附着于弹簧直线段感知位移所引起的应变大小，间接测量流速大小。本发明具有测量范围广、灵敏度高、结构简单、成本低等优点，能够快速、准确、实时的测量水流流速的变化，可广泛用于各种水流环境中。
附图说明
图1为本发明提出的光纤光栅水流流速传感器的结构示意图；
图2为本发明提出的光纤光栅水流流速传感器的立体结构示意图。
图中：1底座、2支撑架、3推杆、4弹簧、5应变光栅、6套环、7传导棒、8导向套管、9万向板、10杠杆、11第一槽口连接件、12位移塞、13文丘里管、14挡板、15线缆管道、16滑槽、17温度补偿光栅、18光纤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-2，光纤光栅水流流速传感器，包括圆柱形中空底座1，底座1的底部内壁安装有支撑架2，且支撑架2与底座1同轴设置， 支撑架2的顶部活动套接有推杆3，推杆3伸出支撑架2的一端上方安装有与底座1内侧壁固定连接的挡板14，挡板14与推杆3之间安装有弹簧4，弹簧4的一侧直线段沿其长度方向粘附有应变光栅5和温度补偿光栅17，温度补偿光栅17与应变光栅5之间串联有光纤18，温度补偿光栅17松散放置在底座1，且温度补偿光栅17不与底座1内部结构粘贴在一起，底座1的顶部安装有与底座1内部连通的线缆管道15，推杆3伸入支撑架2内部的一端固定套接有套环6，套环6远离推杆3的一端活动套接有传导棒7，传导棒7的外侧活动套接有与底座1固定套接的导向套管8，导向套管8伸出底座1的一端活动套接有万向板9，传导棒7伸出导向套管8的一端安装有第一槽口连接件，第一槽口连接件远离传导棒7的一端安装有杠杆10，杠杆10的一端与第一槽口连接件连接，杠杆10的另一端安装有第二槽口连接件11，第二槽口连接件11远离杠杆10的一端安装有连接杆，连接杆远离第二槽口连接件11的一端固定套接有位移塞12，万向板9的内部设置有文丘里管13，文丘里管13靠近位移塞12的一侧开设有滑槽16，滑槽16与文丘里管13的中心轴互相垂直，且位移塞12位于滑槽16内。
滑槽16与位移塞12之间安装有密封圈，万向板9的内部开设有长条形容纳槽，传导棒7伸出导向套管8的一端伸入容纳槽的内部，杠杆10、第一槽口连接件11和位移塞12均位于容纳槽的内部，杠杆10上活动套接转轴，转轴与容纳槽的侧壁固定连接，文丘里管13沿容纳槽的长度方向设置，且文丘里管13与容纳槽的两端开口处安 装有与容纳槽侧壁固定连接的挡板，且挡板将容纳槽分隔为密封的腔体，套环6上开设有与传导棒7活动套接的通孔，通孔的内侧壁开设有圆环形限位槽，传导棒7伸入通孔的一端焊接有与限位槽对接的圆环形，底座1的顶部预留有安装孔，底座1的外圈开设有外螺纹，第二槽口连接件11包括与杠杆10铰接的铰接座，铰接座的一侧安装有与连接杆固定套接的固定套筒，第二槽口连接件11与第一槽口连接件结构一致。
本发明中，测量水流流速时，万向板9可自由旋转至与水流方向一致并保持平衡状态，水流自文丘里管13进水口流入，收缩口流出，当流速变化时位移塞12在滑槽16内上下移动，由第一槽口连接件11和杠杆10将移动量传递到传导棒7上，这时候传导棒7推动推杆3运动，从使弹簧4挤压变形，通过将应变光栅5沿弹簧4应变方向附着于弹簧4直线段感知位移所引起的应变大小，间接测量流速大小。本发明具有测量范围广、灵敏度高、结构简单、成本低等优点，能够快速、准确、实时的测量水流流速的变化，可广泛用于各种水流环境中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.光纤光栅水流流速传感器，包括圆柱形中空底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的底部内壁安装有支撑架(2)，且支撑架(2)与底座(1)同轴设置，所述支撑架(2)的顶部活动套接有推杆(3)，所述推杆(3)伸出支撑架(2)的一端上方安装有与底座(1)内侧壁固定连接的挡板(14)，所述挡板(14)与推杆(3)之间安装有弹簧(4)，所述弹簧(4)的一侧直线段沿其长度方向粘附有应变光栅(5)和温度补偿光栅(17)，所述温度补偿光栅(17)与应变光栅(5)之间串联有光纤(18)，所述温度补偿光栅(17)松散放置在底座(1)，且温度补偿光栅(17)不与底座(1)内部结构粘贴在一起，所述底座(1)的顶部安装有与底座(1)内部连通的线缆管道(15)，所述推杆(3)伸入支撑架(2)内部的一端固定套接有套环(6)，所述套环(6)远离推杆(3)的一端活动套接有传导棒(7)，所述传导棒(7)的外侧活动套接有与底座(1)固定套接的导向套管(8)，所述导向套管(8)伸出底座(1)的一端活动套接有万向板(9)，所述传导棒(7)伸出导向套管(8)的一端安装有第一槽口连接件，所述第一槽口连接件远离传导棒(7)的一端安装有杠杆(10)，所述杠杆(10)的一端与第一槽口连接件连接，所述杠杆(10)的另一端安装有第二槽口连接件(11)，所述第二槽口连接件(11)远离杠杆(10)的一端安装有连接杆，所述连接杆远离第二槽口连接件(11)的一端固定套接有位移塞(12)，所述万向板(9)的内部设置有文丘里管(13)，所述文丘里管(13)靠近位移塞(12)的一侧开设有滑槽(16)，所述滑槽(16)与文丘里管(13)的中心轴互相垂直，且位移塞(12)位于滑槽(16)内。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，滑槽(16)与位移塞(12)之间安装有密封圈。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，所述万向板(9)的内部开设有长条形容纳槽，所述传导棒(7)伸出导向套管(8)的一端伸入容纳槽的内部，所述杠杆(10)、第一槽口连接件(11)和位移塞(12)均位于容纳槽的内部，所述杠杆(10)上活动套接转轴，所述转轴与容纳槽的侧壁固定连接。
4.根据权利要求1-3所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，所述文丘里管(13)沿容纳槽的长度方向设置，且文丘里管(13)与容纳槽的两端开口处安装有与容纳槽侧壁固定连接的挡板，且挡板将容纳槽分隔为密封的腔体。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，所述套环(6)上开设有与传导棒(7)活动套接的通孔，所述通孔的内侧壁开设有圆环形限位槽，所述传导棒(7)伸入通孔的一端焊接有与限位槽对接的圆环形。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，所述底座(1)的顶部预留有安装孔，所述底座(1)的外圈开设有外螺纹。
7.根据权利要求1所述的光纤光栅水流流速传感器，其特征在于，所述第二槽口连接件(11)包括与杠杆(10)铰接的铰接座，所述铰接座的一侧安装有与连接杆固定套接的固定套筒，所述第二槽口连接件(11)与第一槽口连接件结构一致。
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