CN204679181U - 管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器，包括安装接头，安装接头内穿设光纤，该光纤上设有串接的测压光纤光栅和测温光纤光栅；该光纤光栅传感器还包括圆柱筒，设置在安装接头内部，所述圆柱筒的一端安装有膜片，另一端安装有端面支撑板，所述圆柱筒内设有中间支撑板；所述测压光纤固定在所述膜片和所述中间支撑板之间，所述测温光纤光栅固定在所述中间支撑板和所述端面支撑板之间。本实用新型结构简单、体积小、安装方便，可同时检测管内的流体压力和温度。

Description

管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感器，尤其涉及一种管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器。

背景技术

管道是输送流体介质、传输流体动力和流体信息的重要元件，在工业各领域具有广泛的应用。管道内流体的压力和温度参数，是水利、石油化工设施以及机械装备的状态评估、控制以及故障诊断的重要依据之一。近年来，作为发展最为迅速的光纤无源器件之一，光纤光栅因具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、本质安全、耐腐蚀和易于复用等一系列优点，在传感技术领域备受青睐。目前，光纤光栅传感传感器在航空航天、水利、土木、机械、医疗等众多领域获得了广泛的研究和应用，能够实现对应力、温度、压力、位移、加速的等多物理量的多点分布式测量和长期远程在线监测。

基于光纤光栅传感技术的测量管内流体压力和温度的传感器与传统的电类传感器相比，其具有：本质安全防爆、抗电磁干扰、耐腐蚀、分布式传感、复用能力强、信号传输距离远等一系列突出优点，在压力和温度的多点分布式测量和远程在线监测方面具有广泛的应用前景。由于裸光纤光栅对流体压力的灵敏度太低，无法直接用于实际压力的测量，因此需要采用弹性敏感元件对其进行压力增敏，并采用合适装置对其进行封装保护；光纤光栅在传感测量过程中往往温度与应变交叉敏感，即通常单个光纤光栅测量时，难以分辨出是温度还是应变引起的光纤光栅波长变化，因此，需要解决光纤光栅在测量流体压力的过程中的温度补偿问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，根据实际工程应用需要，提出一种管道内部流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器，以实现对流体管路压力和温度的多点分布式动态测量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器，包括安装接头，安装接头内穿设光纤，该光纤上设有串接的测压光纤光栅和测温光纤光栅；该光纤光栅传感器还包括圆柱筒，设置在安装接头内部，所述圆柱筒的一端安装有膜片，另一端安装有端面支撑板，所述圆柱筒内设有中间支撑板；所述测压光纤光栅固定在所述膜片和所述中间支撑板之间，所述测温光纤光栅固定在所述中间支撑板和所述端面支撑板之间。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述膜片、所述中间支撑板以及端面支撑板的中间各内嵌一段金属管，所述测压光纤光栅和所述测温光纤光栅的两端均通过胶黏剂固定在金属管中。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述膜片为波纹膜片。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述测压光纤光栅和测温光纤光栅处于预拉伸状态，膜片和端面支撑板之间的光纤处于松弛状态。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述中间支撑板和安装接头的端面支撑板上分布有通孔。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述通孔为圆孔。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，该圆柱筒的外壁与所述安装接头的内壁之间设有间隙。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述金属管为钢管。

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，接入所述安装接头的光纤上设有保护套管。 

本实用新型所述的光纤光栅传感器中，所述安装接头的一端设为正六边形，另一端加工有安装螺纹。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的光纤光栅传感器可以在管道内部同时测量流体压力和温度，可实现对流体管路压力和温度的多点分布式动态测量和长期远程在线监测。同时具有结构简单，安装方便，压力灵敏度高，温度测量准确，压力测量结果的温度补偿效果好等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1所示光纤光栅传感器的右视图；

图3为图1所示光纤光栅传感器的A-A剖面视图。

图中：1-光纤，2-保护套管，3-端面支撑板，4-安装接头，5-膜片，6-圆柱筒，7-端面支撑板，8-金属管，9-测压光纤光栅，10-测温光纤光栅，11-金属管，12-中间支撑板，13-金属管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如附图1所示，本实用新型实施例管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器包括安装接头4，安装接头4内穿设光纤1，该光纤1上设有测压光纤光栅9和测温光纤光栅10。

该光纤光栅传感器还包括圆柱筒6，设置在安装接头4内部，圆柱筒6的一端安装有膜片5，另一端安装有端面支撑板7，圆柱筒6内设有中间支撑板12。

测压光纤光栅9固定在膜片5和中间支撑板12之间，测温光纤光栅10与测压光纤光栅9串接，并固定在中间支撑板12和端面支撑板7之间。测压光纤光栅9和测温光纤光栅10为刻写在同一根光纤1上的两个光纤光栅。测压光纤光栅9用于测量管内流体压力；测温光纤光栅10用于测量管内流体温度，并对测压光纤光栅9进行温度补偿。

本实用新型的一个实施例中，接入安装接头的光纤1上设有保护套管2。膜片5、中间支撑板12以及端面支撑板7的中间各内嵌一段金属管13、8、11，测压光纤光栅9和测温光纤光栅10的两端均通过胶黏剂固定在金属管中。中间支撑板12和端面支撑板3上分布有通孔，该通孔可以为圆孔，由于端面支撑板和圆柱筒的中间支撑板上设有圆孔，端面支撑板和圆柱筒的中间支撑板两侧流体没有压力差，因此其在流体压力左右下不会产生变形，固定在两者间的测温光纤光栅只受温度影响，可以用来检测被测流体的温度变化。

本实用新型的一个实施例中，安装接头4的一端为方便安装的正六边形，于方便传感器的安装固定，另一端加工有安装螺纹，为压力测量端，传感器通过接头外表面的安装螺纹固定在被测的流体管道上。圆柱筒6通过安装接头的内部安装螺纹固定在安装接头4上，将安装接头4内部分成相互隔开的两部分，一部分与空气接触，另一部分被测流体接触。由于端面支撑板3和圆柱筒的中间支撑板12上都设置有圆孔（如附图2和附图3所示），被测流体可以进入到传感器中与测压光纤光栅9和测温光纤光栅10接触，并作用于波纹膜片的端面上。测压光纤光栅9和测温光纤光栅10串接，可通过细钢管11和胶黏剂固定其两端，可在端面支撑板7、中间支撑板12、膜片5和端面支撑板3的中心设置中心孔，膜片5和端面支撑板7可分别通过焊接固定在圆柱筒6两端。膜片5在管内流体压力作用下，中心会产生变形，从而拉伸测压光纤光栅9，引起其波长发生变化，通过检测测压光纤光栅9的波长变化，来获取被测流体的压力变化信息。

如图2和图3所示，安装接头的端面支撑板3和圆柱筒6的中间支撑板12上都设置有圆孔，并且安装接头4的内壁与圆柱筒6的外壁间有间隙，因此，端面支撑板3和圆柱筒的中间支撑板12两侧，以及圆柱筒6内外壁相接触的流体没有压力差，流体压力的变化不会对测温光纤光栅10的波长变化产生影响，测温光纤光栅10的波长只受流体温度变化的影响，通过检测测温光纤光栅10的波长变化可以获取流体温度的变化信息。与测压光纤光栅9和测温光纤光栅10相接触的流体是相通的，温度对两个光纤光栅波长大小的影响是相同，测温光纤光栅10可以作为测压光纤光栅9的温度变化参考，对其压力测量结果进行温度补偿，消除流体温度变化对压力测量结果的影响。

本实用新型的光纤光栅传感器，测压光纤光栅9和测温光纤光栅10处于预拉伸状态，膜片5和端面支撑板3之间的光纤处于松弛状态。膜片5可采用波纹膜片，膜片5的一侧与被测流体接触，另一侧与空气接触，在流体压力作用下，会产生变形，固定在膜片5和圆柱筒6的中间支撑板12之间的测压光纤光栅9会被拉伸，其波长会发生变化。由于波纹膜片在压力作用下，其中心变形量与压力是成正比关系，而固定在波纹膜片中心的测压光纤光栅9的伸长量与波纹膜片中心变形量相同，所以光纤光栅的波长与作用在波纹膜片的流体压力是成一次线性变化的。

本实用新型与现有技术相比，结构简单，安装方便，压力灵敏度高，温度测量准确，压力测量结果温度补偿效果好等优点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种管内流体压力和温度同时测量的光纤光栅传感器，其特征在于，包括安装接头，所述安装接头内穿设光纤，该光纤上设有串接的测压光纤光栅和测温光纤光栅；

该光纤光栅传感器还包括圆柱筒，设置在安装接头内部，所述圆柱筒的一端安装有膜片，另一端安装有端面支撑板，所述圆柱筒内设有中间支撑板；

所述测压光纤光栅固定在所述膜片和所述中间支撑板之间，所述测温光纤光栅固定在所述中间支撑板和所述端面支撑板之间。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述膜片、所述中间支撑板以及端面支撑板的中间各内嵌一段金属管，所述测压光纤光栅和所述测温光纤光栅的两端均通过胶黏剂固定在金属管中。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述膜片为波纹膜片。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述测压光纤光栅和测温光纤光栅处于预拉伸状态，膜片和端面支撑板之间的光纤处于松弛状态。

5.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述中间支撑板和安装接头的端面支撑板上分布有通孔。

6.根据权利要求5所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述通孔为圆孔。

7.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，该圆柱筒的外壁与所述安装接头的内壁之间设有间隙。

8.根据权利要求2所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述金属管为钢管。

9.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，接入所述安装接头的光纤上设有保护套管。

10.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器，其特征在于，所述安装接头的一端设为正六边形，另一端加工有安装螺纹。