CN107990949A - 一种基于光纤传感技术的管道气液体流量测量装置 - Google Patents

一种基于光纤传感技术的管道气液体流量测量装置 Download PDF

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    • 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

Abstract

本发明涉及对管道气体或液体的流量测量技术领域，特指一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，包括宽带光源、光环形器、耐压胶管、光纤加速度计、解调单元、上位机与流体管道，宽带光源连接于光环形器，光环形器连接于光纤加速度计与解调单元，解调单元连接于上位机，光纤加速度计通过耐压胶管与流体管道连通。本发明具有结构简单、响应速度快、本征防爆、耐腐蚀、准确性高、抗电磁干扰、应用范围广等优点，特别适合类似危险气体或液体的管道流量测量等电类传感器不适合的应用场景。

Description

一种基于光纤传感技术的管道气液体流量测量装置
技术领域
本发明涉及对管道气体或液体的流量测量技术领域，特指一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置。
背景技术
在工业生产过程和自动化控制领域，管道流量是经常被检测和控制的参数之一，用于检测流量的仪表也是多种多样，但是，至今仍然没有一种对于多种场合都适用的流量计，流量计的分类有很多种，总体来讲，流量计主要分为传统型流量计和新型流量计两种。传统流量计主要有标准孔板流量计、经典文丘里管流量计及标准喷嘴流量计，它们测量精度普遍不是很高，要求维护成本也高；新型流量传感器主要包括电磁式、超声波式、祸街式等。人们将光纤原理应用到流量领域的相关研究工作，也得到不断探索。
基于光纤传感原理的流量测量是将光纤传感原理与传统的流量测量原理结合在一起，例如将光纤光栅传感原理与传统孔板流量计相结合，与传统文丘里管流量计相结合等。将流量信号的测量转换为光纤传感器的中心波长的偏移，通过监测中心被长偏移情况，得到气体流速、压力、温度等被测量的信息。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，由于光纤传感本身具有抗电磁干扰，本征防爆，测量精度高等优点，可用于对危险气体或液体的管道流量测量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，包括宽带光源、光环形器、耐压胶管、光纤加速度计、解调单元、上位机与流体管道，宽带光源连接于光环形器，光环形器连接于光纤加速度计与解调单元，解调单元连接于上位机，光纤加速度计通过耐压胶管与流体管道连通。
进一步而言，所述光纤加速度计包括304不锈钢外壳，304不锈钢外壳上设有光学校准器，304不锈钢外壳内部设有高灵敏度波纹膜片，高灵敏度波纹膜片上设有高反镜，光学校准器的光学反射面与高反镜配合设置构成光纤F-P腔，高灵敏度波纹膜片与304不锈钢外壳内壁之间设有气压平衡孔。
进一步而言，所述高灵敏度波纹膜片除中心区域外均为挤压成型的锯齿状波纹，高灵敏度波纹膜片采用奥氏体-铁素体双相不锈钢制成，高灵敏度波纹膜片厚度为300微米。
进一步而言，所述高反镜通过粘贴方式粘贴于高灵敏度波纹膜片中心区域内。
进一步而言，所述上位机上设有信号处理软件与显示屏。
本发明有益效果：
本发明具有结构简单、响应速度快、本征防爆、耐腐蚀、准确性高、抗电磁干扰、应用范围广等优点，特别适合类似危险气体或液体的管道流量测量等电类传感器不适合的应用场景。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是气体流量测量光纤加速度计结构示意图；
图3是液体流量测量光纤加速度计结构示意图。
1.宽带光源；2.光环形器；3.耐压胶管；4.光纤加速度计；401.高灵敏度波纹膜片；402.高反镜；403.光学校准器；404. 304不锈钢外壳；405.气压平衡孔；5.解调单元；6.上位机；7.流体管道。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图3所示，本发明所述一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，包括宽带光源1、光环形器2、耐压胶管3、光纤加速度计4、解调单元5、上位机6与流体管道7，宽带光源1连接于光环形器2，光环形器2连接于光纤加速度计4与解调单元5，解调单元5连接于上位机6，光纤加速度计4通过耐压胶管3与流体管道7连通，上位机6上设有信号处理软件与显示屏。以上所述构成本发明基本结构。
本发明采用这样的结构设置，其工作原理：宽带光源1的宽带光经过光环形器2后进入光纤加速度计4进行波长调谐(耐压胶管3将流体管道7上预留的固定间隔的细管与光纤加速度计4相连接，实现将气体或液体导入光纤加速度计4)，经光纤加速度计4进行波长调谐后的干涉信号再次经过光环形器2进入解调单元5进行信号解调，干涉信号解调后送入上位机6中的信号处理软件进行信号处理和结果显示，实时检测管道中气体或液体流量。
更具体而言，所述光纤加速度计4包括304不锈钢外壳404，304不锈钢外壳404上设有光学校准器403，304不锈钢外壳404内部设有高灵敏度波纹膜片401，高灵敏度波纹膜片401上设有高反镜402，光学校准器403的光学反射面与高反镜402配合设置构成光纤F-P腔，高灵敏度波纹膜片401与304不锈钢外壳404内壁之间设有气压平衡孔405。采用这样的结构设置，其工作原理：由于光纤加速度计4中的光学校准器403的光学反射面与高反镜402配合设置构成光纤F-P腔，通过耐压胶管3引入不同流速管道气体或液体与高灵敏度波纹膜片401撞击产生不同频率和幅度的振动信号进行腔长调谐，宽带光源1的宽带光经过光环形器2后进入光纤加速度计4进行波长调谐，经光纤加速度计4进行波长调谐后的干涉信号再次经过光环形器2进入解调单元5进行信号解调，干涉信号解调后送入上位机6中的信号处理软件进行信号处理和结果显示，实时检测管道中气体或液体流量。
更具体而言，所述高灵敏度波纹膜片401除中心区域外均为挤压成型的锯齿状波纹，高灵敏度波纹膜片401采用奥氏体-铁素体双相不锈钢制成，高灵敏度波纹膜片401厚度为300微米。
更具体而言，所述高反镜402通过粘贴方式粘贴于高灵敏度波纹膜片401中心区域内。
优选的，高灵敏度波纹膜片401的波纹形状和厚度可根据实际需求做出优化。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，其特征在于：包括宽带光源(1)、光环形器(2)、耐压胶管(3)、光纤加速度计(4)、解调单元(5)、上位机(6)与流体管道(7)，所述宽带光源(1)连接于光环形器(2)，所述光环形器(2)连接于光纤加速度计(4)与解调单元(5)，所述解调单元(5)连接于上位机(6)，所述光纤加速度计(4)通过耐压胶管(3)与流体管道(7)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，其特征在于：所述光纤加速度计(4)包括304不锈钢外壳(404)，所述304不锈钢外壳(404)上设有光学校准器(403)，所述304不锈钢外壳(404)内部设有高灵敏度波纹膜片(401)，所述高灵敏度波纹膜片(401)上设有高反镜(402)，所述光学校准器(403)的光学反射面与高反镜(402)配合设置构成光纤F-P腔，所述高灵敏度波纹膜片(401)与304不锈钢外壳(404)内壁之间设有气压平衡孔(405)。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，其特征在于：所述高灵敏度波纹膜片(401)除中心区域外均为挤压成型的锯齿状波纹，所述高灵敏度波纹膜片(401)采用奥氏体-铁素体双相不锈钢制成，所述高灵敏度波纹膜片(401)厚度为300微米。
4.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，其特征在于：所述高反镜(402)通过粘贴方式粘贴于高灵敏度波纹膜片(401)中心区域内。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感技术的管道气液流量测量装置，其特征在于：所述上位机(6)上设有信号处理软件与显示屏。
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