CN203605981U - 一种测量压力的自校准光纤光栅涡街流量计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种测量压力的自校准光纤光栅涡街流量计，其包括密闭且设有空腔的三角柱旋涡发生体、导压膜、光纤光栅、承压杆、光纤光缆以及光缆出口，导压膜包括左、右导压膜，光纤光栅包括左、右以及中光纤光栅，在空腔中部横向设置承压杆，在承压杆的轴向中部设置中光纤光栅，左右光纤光栅以及中光纤光栅的尾纤与光纤光缆相应的芯连接，本实用新型避免了流体进入内腔损伤传感单元，延长了流量计的使用寿命，也降低了流量计对流体特性的要求，由于流体冲力变化导致中光纤光栅中心波长值发生变化，通过变化量可以测出流体的压力，既节约成本，又提高了工作效率；本实用新型结构简单，安装、使用方便，实现了压力和流量的同时测量，同时自校准精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量压力的自校准光纤光栅涡街流量计，属于光纤传感技术领域。
背景技术
流量计是流体检测和控制过程中不可或缺的装置，流量的测量在石油化工、医药、能源计量、环境监测等工业生产过程中是非常重要的。目前工业上测量流体流量的仪表种类繁多，但是测量精度低、应用范围小，测量误差大、适应性差、寿命短等；光纤光栅具有测量精度高、抗干扰、耐腐蚀等特性成为传感行业首选，将光纤光栅引入涡街流量计可以大大提高流量计的稳定性，中国专利CN202734873U公开了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计，其采用光纤光栅作为传感元件，抗电磁干扰，适合测量不同种类流体的流量，但是由于旋涡发生体中部两侧面相通，流体直接作用于等强度悬臂梁，容易损伤传感元件，影响光纤光栅的使用寿命，同时限制待测流体的种类；其导压腔中用单只光纤光栅感应旋涡的分离频率，无法排除由于流体的温度改变、旋涡不稳对检测精度的影响。在测量某些流体流量的同时，有时还需测量流体的压力，因此通常是既安装流量计又安装压力传感器以满足需求，这样既提高了测量成本，又降低了工作效率。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能自校准和测量压力、测量精度高、应用范围广、适应性强以及使用寿命长的测量压力的自校准光纤光栅涡街流量计。
本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案：
本实用新型包括三角柱旋涡发生体、导压膜、光纤光栅、承压杆、光纤光缆以及光缆出口，所述导压膜包括左导压膜和右导压膜，所述光纤光栅包括左光纤光栅、右光纤光栅以及中光纤光栅，所述三角柱旋涡发生体纵向固定设置在测量管内，所述三角柱旋涡发生体的纵向轴线与测量管的轴线相垂直，所述三角柱旋涡发生体内为空腔，空腔的正面为与流体流向一致的迎流壁，在空腔中部横向设置承压杆，所述承压杆的轴线与流体方向一致，在承压杆的轴向中部设置中光纤光栅，所述空腔的左、右侧壁呈对称设置，在左、右侧壁和迎流壁之间设置平行于流体的流向且相对称的短棱壁，在左侧壁上设置左矩形通孔，在左矩形通孔上设置左导压膜，在左导压膜内侧设置左光纤光栅，在右侧壁上设置与左矩形通孔相对应的右矩形通孔，在右矩形通孔上设置右导压膜，在右导压膜内侧设置右光纤光栅，所述左光纤光栅、右光纤光栅以及中光纤光栅的尾纤与光纤光缆相应的芯连接，在所述三角柱旋涡发生体上端和测量管的管壁上设置相对应的光缆出口，所述光纤光缆通过光缆出口。
本实用新型的积极效果如下：本实用新型的三角柱旋涡发生体是密闭的，三角柱旋涡发生体内为空腔，这样避免了流体进入空腔损伤传感单元，延长了流量计的使用寿命，也降低了流量计对流体特性的要求，拓宽流量计的应用领域；空腔的左、右侧壁通孔上对称安装导压膜，导压膜能够同时感应三角柱旋涡发生体两侧的旋涡所产生的静压，进而能够实现自校准功能，提高测量的精确度；在测量流体流量的同时，由于在空腔中部横向设置承压杆，承压杆轴线与流体方向一致，在承压杆的轴向中部设置中光纤光栅，由于流体冲力变化导致中光纤光栅中心波长值发生变化，通过变化量可以测出流体的压力，这样既节约成本，又提高了工作效率；本实用新型结构简单，安装、使用方便，实现了压力和流量的同时测量，同时自校准精度高。
附图说明
附图1为本实用新型结构示意图；
附图2为本实用新型空腔结构示意图；
附图3为本实用新型导压膜安装位置结构示意图；
附图4为本实用新型左右光纤光栅安装结构示意图。
在附图中：1三角柱旋涡发生体、2测量管、3空腔、4左导压膜、5右导压膜、6左光纤光栅、7右光纤光栅、8左侧壁、9右侧壁、10左矩形通孔、11右矩形通孔、12光纤光缆、13光缆出口、14迎流壁、15短棱壁、16承压杆、17中光纤光栅。
具体实施方式
如附图1、2、3、4所示，本实用新型包括三角柱旋涡发生体1、导压膜、光纤光栅、承压杆16、光纤光缆12以及光缆出口13，所述导压膜包括左导压膜4和右导压膜5，所述光纤光栅包括左光纤光栅6、右光纤光栅7以及中光纤光栅17，所述三角柱旋涡发生体1纵向固定设置在测量管2内，所述三角柱旋涡发生体1的纵向轴线与测量管2的轴线相垂直，所述三角柱旋涡发生体1内为空腔3，空腔3的截面是一个截去三个角的等腰多边形，空腔3正面为迎流壁14，迎流壁14迎着流体的流向，在空腔3中部横向设置承压杆16，所述承压杆16轴线与流体方向一致，在承压杆16的轴向中部设置中光纤光栅17，所述空腔3的左侧壁8和右侧壁9呈对称设置，在左侧壁8、右侧壁9和迎流壁14之间为对称的短棱壁15，短棱壁15平行于流体的流向，在左侧壁8上设置左矩形通孔，在左矩形通孔10上设置左导压膜4，在左导压膜4内侧设置左光纤光栅6，在右侧壁9上设置与左矩形通孔10相对应的右矩形通孔11，在右矩形通孔11上设置右导压膜5，在右导压膜5内侧设置右光纤光栅7，所述左光纤光栅6、右光纤光栅7以及中光纤光栅17的尾纤与光纤光缆12相应的芯连接，在所述三角柱旋涡发生体1上端和测量管2的管壁上设置相对应的光缆出口13，所述光纤光缆12穿过光缆出口13将所测信号传输到监测中心，以便实时监测流体流量。
如附图1、2、3、4所示，使用本实用新型涡街流量计对流体流量进行测量时，先将本实用新型连接到流体管道，使流体能够流过三角柱旋涡发生体1，迎流壁14迎着流体的流向，短棱壁15平行于流体的流向，流体在左侧壁8、右侧壁9两侧交替产生有规则的旋涡，左导压膜4和右导压膜5感应旋涡所产生的静压，导致左光纤光栅6、右光纤光栅7的中心波长发生变化，根据波长变化的周期就可以测出旋涡分离频率f，根据公式f=SrV/d,其中f为旋涡的分离频率，单位为Hz；V为流过旋涡发生体的流体平均速度，单位为m/s；d为旋涡发生体特征宽度，单位为m；Sr为斯特劳哈尔数，无量纲，数值范围为0.14-0.27，计算出流体的流量。流体的压力通过中光纤光栅17来进行测量。根据公式 
，式中
为布拉格波长，
为光纤的有效折射率，为光栅的周期。当压力发生改变，会引起中光纤光栅17的周期发生改变，进而使中光纤光栅17的反射波长发生改变，从而可以准确测量流体的压力。
本实用新型所述左光纤光栅6、右光纤光栅7以及中光纤光栅17的中心波长的选择根据所使用的光纤光栅分析仪的波长测量范围、波长分辨率等参数进行选择，左导压膜4和右导压膜5用于感应旋涡产生的静压，进而导致左光纤光栅6、右光纤光栅7的中心波长发生变化，测出旋涡的分离频率，从而计算出流体流量。中光纤光栅17位于空腔3中部横向的承压杆16上，流体的压力改变引起中光纤光栅17的中心波长的改变，进而测出流体的压力；光纤光缆12用于保护左光纤光栅6、右光纤光栅7以及中光纤光栅17的尾纤，同时对数据进行传输。
本实用新型的三角柱旋涡发生体1是密闭的，三角柱旋涡发生体1内为空腔3，这样避免了流体进入空腔3损伤传感单元，延长了流量计的使用寿命，拓宽流量计的应用领域；空腔3的左侧壁8和右侧壁9通孔上对称安装导压膜，导压膜能够同时感应三角柱旋涡发生体两侧的旋涡所产生的静压，进而能够实现自校准功能，提高测量的精确度；在测量流体流量的同时，由于在空腔3中部横向设置承压杆16，承压杆16轴线与流体方向一致，在承压杆16的轴向中部设置中光纤光栅17，由于流体冲力变化导致中光纤光栅17中心波长值发生变化，通过变化量可以测出流体的压力，这样既节约成本，又提高了工作效率；本实用新型结构简单，安装、使用方便，实现了压力和流量的同时测量，同时自校准精度高。
Claims (1)
1.一种测量压力的自校准光纤光栅涡街流量计，其特征在于其包括三角柱旋涡发生体（1）、导压膜、光纤光栅、承压杆（16）、光纤光缆（12）以及光缆出口（13），所述导压膜包括左导压膜（4）和右导压膜（5），所述光纤光栅包括左光纤光栅（6）、右光纤光栅（7）以及中光纤光栅（17），所述三角柱旋涡发生体（1）纵向固定设置在测量管（2）内，所述三角柱旋涡发生体（1）的纵向轴线与测量管（2）的轴线相垂直，所述三角柱旋涡发生体（1）内为空腔（3），空腔（3）的正面为与流体流向一致的迎流壁（14），在空腔（3）中部横向设置承压杆（16），所述承压杆（16）的轴线与流体方向一致，在承压杆（16）的轴向中部设置中光纤光栅（17），所述空腔（3）的左、右侧壁（8、9）呈对称设置，在左、右侧壁（8、9）和迎流壁（14）之间设置平行于流体的流向且相对称的短棱壁（15），在左侧壁（8）上设置左矩形通孔（10），在左矩形通孔（10）上设置左导压膜（4），在左导压膜（4）内侧设置左光纤光栅（6），在右侧壁（9）上设置与左矩形通孔（10）相对应的右矩形通孔（11），在右矩形通孔（11）上设置右导压膜（5），在右导压膜（5）内侧设置右光纤光栅（7），所述左光纤光栅（6）、右光纤光栅（7）以及中光纤光栅（17）的尾纤与光纤光缆（12）相应的芯连接，在所述三角柱旋涡发生体（1）上端和测量管（2）的管壁上设置相对应的光缆出口（13），所述光纤光缆（12）通过光缆出口（13）。
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Cited By (1)
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| CN105699690A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 山东省科学院激光研究所 | 一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法 |
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2013
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| CN105699690B (zh) * | 2016-01-28 | 2018-09-28 | 山东省科学院激光研究所 | 一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法 |
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