CN111505333A - 光纤光栅流速流向传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤光栅流速流向传感器，包括圆柱形外壳，外壳的顶部安装有与内部连通的线缆管道，外壳的内壁安装有支座，支座环绕外壳内壁一圈设置，支座上固定有圆弧铰链的一端，圆弧铰链的两端之间粘附有四根相互平行的应变光栅，圆弧铰链的另一端接有半圆球底座，半圆球底座与传导棒相接，传导棒通过外壳底部的通孔伸到外部，且传导棒末端连接有圆柱形探头。本专利能够实现水流方向和流速的同时测量，具备测量响应快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
Description
【技术领域】
本发明主要涉及一种光纤光栅流速流向传感器。
【背景技术】
光纤光栅是使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，其谐振波长会由于应变、温度、压力、位移、流量等参数的变化而发生改变，本发明依据此原理，通过光纤光栅测量圆弧铰链的应变间接测量水流流速和流向。测量水流流速的传感器有很多，如超声波流速传感器、多普勒流速传感器、热式流速传感器，这些流速传感器易受到电磁干扰，无法测量复杂环境中流体的流速，光纤光栅传感器具有体积小、响应快、不易受外界电磁干扰等优点，因此光纤光栅流速传感器可以实现在复杂环境下的长期监测。
传统的光纤流速传感器只限于管道内流体流速的测量，无法准确的测量出航道、船闸、水槽等复杂环境中的水流方向，本发明克服了已有水流流速传感器适用性差的缺点，实现对流体流速和流向的同时测量，可以准确实时的监测水流的状态。
【发明内容】
本发明提供了一种光纤光栅流速流量传感器，以解决现技术中光纤流速传感器无法准确的测量复杂环境中的流体状态的问题，本光纤光栅流速流向传感器采用以下的技术方案：
一种光纤光栅流速流向传感器，它包括外壳、圆弧铰链、光纤组件和传导组件；
所述外壳的顶部中心安装有线缆管道，且线缆管道与外壳同轴设置，所述外壳的内部侧壁安装有支座，且支座环绕外壳内壁一圈；
所述光纤组件安装有布拉格光栅，所述布拉格光栅上端和下端连接有光纤，所述光纤组件环绕排布在所述圆弧铰链周围；所述传导组件连接在所述圆弧铰链下端，且传导组件延伸至外壳的外部。
优选地，所述圆弧铰链两端分别设有四个安置孔，且圆弧铰链两端的安置孔一一对应处于四条直线上。
优选地，光纤分别粘附在圆弧铰链两端的安置孔中，所述布拉格光栅处于圆弧铰链两端的安置孔之间。
优选地，所述外壳的底部设有螺纹，外壳配备有端盖，所述端盖通过螺纹旋紧在外壳上。
优选地，所述传导组件包括半球形底座，所述半球形底座的平面固定在所述圆弧铰链下端，所述半球形底座的球面连接有传导棒，所述传导棒末端安装有硅胶探头。
优选地，所述端盖上设有传导棒通孔，所述传导棒穿过所述传导棒通孔。
优选地，光纤用硅橡胶套管套和铠装光缆装套保护穿过所述线缆管道。
优选地，所述光纤通过光缆与光纤耦合器连接，光纤耦合器与光纤光源和光纤解调仪连接，光纤解调仪与计算机连接。
本发明同背景技术相比所产生的有益效果：
本发明采用了上述方案，硅胶探头在水中会受水流的影响会产生一小段位移，位移的方向与水流方向一致，位移的大小和水流的速度有关。当水流的速度发生变化时，探头会沿着水流方向移动，探头的位移带动传导棒的偏移，从而导致圆弧铰链的形变，通过将四个应变光栅阵列在圆弧铰链的周围，用四个光栅波长的变化，感知圆弧铰链应变在两个相互正交方向上的分应变，得到应变大小和方向，间接测量流速大小和方向。本发明具有灵敏度高、响应快、成本低、不受电磁干扰等有点，能够实时准确的测量出水流速度和方向的变化，用于复杂水体环境水流状态的监测。
【附图说明】
图1为本发明所提供较佳实施例中的光纤光栅水流流速流向传感器的剖面结构示意图；
图2为本发明所提供较佳实施例中的光纤光栅水流流速流向传感器的立体结构示意图；
图3为本发明所提供较佳实施例中的光纤光栅水流流速流向传感器内部立体结构示意图。
【具体实施方式】
下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的较佳实施例：如图1～图3所示，光纤光栅流速流向传感器包括：外壳1、圆弧铰链2、光纤组件3及传导组件4。
所述外壳1顶部中心安装有线缆管道11，且线缆管道11与外壳1同轴设置，所述外壳1的内部侧壁安装有支座12，且支座12环绕外壳内壁一圈，所述外壳1底部设有螺纹用于连接端盖13，所述圆弧铰链2一端固定在所述支座12上，另一端悬空放置，所述圆弧铰链2两端分别设有四个上部安置孔21和四个下部安置孔22，所述光纤组件3安装有布拉格光栅32，所述布拉格光栅32上端和下端连接有光纤31，所述光纤组件3环绕排布在所述圆弧铰链2周围，所述传导组件4连接在所述圆弧铰链2下端，且传导组件4穿过所述端盖13伸到外壳1的外部。
在上述光纤光栅流速流向传感器中，所述上部安置孔21和所述下部安置孔22相对应，所述布拉格光栅32两端光纤分别粘附在所述上部安置孔21和下部安置孔22中，且布拉格光栅处在所述上部安置孔21和下部安置孔22中间位置，这样设置可以避免光纤光栅受到其他应力的影响，进而提高光纤传感器的精度和寿命。
所述传导组件4设有半球形底座41、所述半球形底座41的平面固定在所述圆弧铰链2下端，所述半球形底座41的球面连接有传导棒42，所述传导棒42末端安装有硅胶探头43，探头感应水流状态的变化经传导棒传到内部，可以通过改变传导棒的长度来调节传感器的灵敏度。
所述端盖13的中心设有传导棒通孔，所述传导棒42从所述传导棒通孔穿过，利用所述传导棒通孔对所述传导棒限位，通过调整通孔的半径大小来控制传感器的测量范围，防止由于所测水流速度过大而破坏传感器内部结构
所述光纤用硅橡胶套管套和铠装光缆装套保护穿过所述线缆管道，且所述光纤通过光缆与光纤耦合器连接，光纤耦合器与光纤光源和光纤解调仪连接，光纤解调仪与计算机连接。解调仪解调出光信号波长的变化并在计算机上显示出来，可反应出所测流体流速和流向的变化。
本发明测量流速时，探头会沿着水流方向移动，探头的位移带动传导棒的偏移，从而导致圆弧铰链的形变，通过将四个应变光栅阵列在圆弧铰链的周围，用四个光栅波长的变化，感知圆弧铰链应变在两个相互正交方向上的分应变，得到应变大小和方向，间接测量流速大小和方向。本发明具有灵敏度高、响应快、成本低、不受电磁干扰等有点，能够实时准确的测量出水流速度和方向的变化，用于复杂水体环境水流状态的监测。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。
Claims (8)
1.一种光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：它包括外壳、圆弧铰链、光纤组件和传导组件；
所述外壳的顶部中心安装有线缆管道，且线缆管道与外壳同轴设置，所述外壳的内部侧壁安装有支座，且支座环绕外壳内壁一圈；
所述光纤组件安装有布拉格光栅，所述布拉格光栅上端和下端连接有光纤，所述光纤组件环绕排布在所述圆弧铰链周围；所述传导组件连接在所述圆弧铰链下端，且传导组件延伸至外壳的外部。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：所述圆弧铰链两端分别设有四个安置孔，且圆弧铰链两端的安置孔一一对应处于四条直线上。
3.根据权利要求2所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：光纤分别粘附在圆弧铰链两端的安置孔中，所述布拉格光栅处于圆弧铰链两端的安置孔之间。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：所述外壳的底部设有螺纹，外壳配备有端盖，所述端盖通过螺纹旋紧在外壳上。
5.根据权利要求4所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：所述传导组件包括半球形底座，所述半球形底座的平面固定在所述圆弧铰链下端，所述半球形底座的球面连接有传导棒，所述传导棒末端安装有硅胶探头。
6.根据权利要求5所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：所述端盖上设有传导棒通孔，所述传导棒穿过所述传导棒通孔。
7.根据权利要求1所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：光纤用硅橡胶套管套和铠装光缆装套保护穿过所述线缆管道。
8.根据权利要求1所述的光纤光栅流速流向传感器，其特征在于：所述光纤通过光缆与光纤耦合器连接，光纤耦合器与光纤光源和光纤解调仪连接，光纤解调仪与计算机连接。
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