CN210321840U - 一种浮球涡街反射式光纤流量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，该传感器具有较小的结构、较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性等，该传感器能适用于众多流体流量检测场合，将旋涡发生体与光电传感原理相结合第应用于流量检测领域，输出信号经光电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化，现对于传统的动力测量方式，能够十分明显的提高检测灵敏度，具有十分重要的实际应用价值，对新型流量传感器的设计与推广起到了极大的推动作用。属于流量检测领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，属于流量检测领域。
背景技术
现代工业生产尤其是自动化生产过程中，常常要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。传感器也早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。本实用新型是众多类别的传感器之一——流量传感器。随着传感器技术的发展，目前已经出现多种多样的流量传感器，最常用的有叶片式、涡街式、卡门涡旋式、热线式等。但是，诸如叶片式、涡街式、卡门涡旋式、热线式等传感器，原理多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜任。
发明内容
本实用新型提供一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，以解决现有流量传感器多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜任的问题。
为解决上述问题，拟采用这样一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，包括传感器探头、光电转换器和信号处理器，传感器探头包括外壳和旋涡发生体，外壳为两端开口的筒形结构，旋涡发生体为圆柱形结构，且旋涡发生体垂直固定于外壳内，旋涡发生体的中部开设有空腔，空腔的上下两端分别通过对称设置的上导压孔和下导压孔贯通旋涡发生体，且上导压孔和下导压孔均垂直于外壳和旋涡发生体的轴向开设，空腔内设置有浮块，浮块通过拉绳吊设于上部的旋涡发生体上，浮块沿横向的一端固定有反光部件，反光部件对应的旋涡发生体上沿横向开设有检测孔，检测孔内设置有具有入射光纤和接收光纤的光纤检测端，且光纤检测端垂直指向反光部件，检测孔的孔口处设置有密封透光隔层，入射光纤的另一端设置于光源处用于耦合入射光，接收光纤的另一端与光电转换器相连，光电转换器与信号处理器相连。
前述流量传感器中，拉绳拉直状态下，浮块与检测孔相平齐。
前述流量传感器中，所述浮块为空心的长方体结构，浮块受到的重力与浮块在待测液体中所受到的浮力相等，所述空腔内位于浮块的两端处沿竖向开设有导槽，浮块的两端均沿竖向滑动设置于导槽内。
前述流量传感器中，所述浮块的两端对称地固定有相同的反光部件。
前述流量传感器中，旋涡发生体上下两侧的上导压孔和下导压孔的形状和尺寸相同，且上导压孔的上端至外壳上侧内壁的距离与下导压孔的下端至外壳下侧内壁的距离相同。
前述流量传感器中，光纤检测端的光纤束由入射光纤和接收光纤集合铠装而成。
与现有技术相比，本实用新型经过结构设计、理论研究与实验分析可知，该传感器具有较小的结构、较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性等，该传感器能适用于众多流体流量检测场合，将旋涡发生体与光电传感原理相结合第应用于流量检测领域，输出信号经光电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化，现对于传统的动力测量方式，能够十分明显的提高检测灵敏度，具有十分重要的实际应用价值，对新型流量传感器的设计与推广起到了极大的推动作用。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中传感器探头的俯视图；
图3是图1中旋涡发生体的剖面结构示意图；
图4是图1中浮块处旋涡发生体沿横向剖面的俯视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明，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。
实施例
参照图1至图4，本实施例提供一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，包括传感器探头1、光电转换器2、信号处理器3和光源4，传感器探头1包括外壳 11和设置于外壳11内的旋涡发生体12，外壳11为两端开口的筒形结构，旋涡发生体12为圆柱形结构，旋涡发生体12垂直固定于外壳11内，旋涡发生体12 的中部开设有空腔13，空腔13的上下两端分别通过对称设置的上导压孔14和下导压孔15连通至旋涡发生体12的外部，旋涡发生体12上下两端的上导压孔 14和下导压孔15的形状和尺寸相同，且上导压孔14的上端至外壳11上端内壁的距离与下导压孔15的下端至外壳11下端内壁的距离相同，空腔13内设置有浮块16，浮块16受到的重力与浮块16在待测液体中所受到的浮力相等，浮块 16沿横向的两端对称地固定有相同的反光部件17，以保证浮块16受力均衡，旋涡发生体12的中部沿横向开设有检测孔18，浮块16的上端还设置有拉绳21，拉绳21的上端固定于浮块16上方的旋涡发生体12上，拉绳21的下端固定于浮块16上，拉绳21拉直状态下，浮块16与检测孔18相平齐，检测孔18内设置有具有入射光纤191和接收光纤192的光纤检测端19，且光纤检测端19垂直指向反光部件17，反光部件17与光纤检测端19之间的检测孔18内还设置有密封透光隔层20，在保证透光的情况下，避免空腔13内的流体进入光纤检测端19 处，光纤检测端19的接收光纤192与光电转换器2相连，光电转换器2与信号处理器3相连。
浮块16为空心的长方体结构，所述空腔13内外语浮块16的两端处沿竖向开设有导槽22，浮块16的两端均沿竖向滑动设置于导槽22内，导槽22的槽体宽度略大于浮块16两端的宽度，以避免浮块16上下浮动时发生翻转；
光纤检测端19的光纤束由入射光纤191和接收光纤192集合铠装而成，入射光纤191另一端与光源对接，用以耦合入射光，接收光纤192的出射端与光敏元件连接，输出光强度信号，光源4设置于入射光纤191的一端用于产生光信号，光源5发出的光信号耦合进入到入射光纤191内，入射光纤191的另一端设置于检测孔18内向空腔13内发出光信号，若浮块16与检测孔18相平齐，则浮块 16端部的反光部件17将光信号反射回光纤检测段19并由出射光线192接收，出射光线192接收的光信号经光电转换器2转换成电信号后传输至信号处理器3。
其原理如下：
由于圆柱旋涡发生体12上下两端开设有导压孔，当旋涡发生时会产生交替升力将流体通过导压孔流动产生一边吸入，一边吹出的效果。
①当上导压孔14吸入流体，下导压孔15吹出流体时，旋涡发生体12中的浮体16会受到向下的流体压力，使浮体16向下运动，但浮球上设置有拉绳21，浮块16向下运动的最大位移即为拉绳21拉直时的状态，这种限制浮块16运动距离的设计可以使检测准确性提高，防止因为旋涡发生频率过大，浮块16未能运动到反光区而不能触发计数信号，所述反光区指与检测孔18相平齐或近似平齐，浮块16运动到此能够通过反光部件17反射入射光至接收光纤192的区域。
当浮块16下移时，入射光纤发出的光即可照射到图1中浮块16右侧固定的反光部件17(可选用反光片)上，接收光纤192既能接收到反射光，通过光电转换后，信号处理器3就可以检测出浮块16通过了反射区一次。
②当下导压孔15吸入流体时，浮块16受力上移，使浮块16脱离反光区，此时入射光纤发出的光不能被反射，接收光纤192无信号输出，空腔13的上端与反光区之间的距离不宜过大，尽量限制浮块16向上运动的最大位移，便于浮块16在下移时能快速地进入反光区。
利用浮球涡街反射式光纤流量传感器进行流量检测的方法如下：
该方法是在筒形的外壳11内固定圆柱体形的旋涡发生体12，且二者垂直设置，旋涡发生体12的空腔13内设置浮块16，浮块16通过拉绳21吊设于上部的旋涡发生体12上，浮块16的一端安装反光部件17，反光部件17对应的旋涡发生体12上沿横向开设检测孔18，并在检测孔18内安装具有入射光纤191和接收光纤192的光纤检测端19，入射光纤191发出光信号，当浮块16与检测孔 18横向平齐时，反光部件17反射光信号至接收光纤192，接收光纤192接收的信号经光电处理后传输至信号处理器3，当外壳11内流体发生流动时，流体绕过旋涡发生体12流动时会在旋涡发生体下游产生不对称的、有规律的交替旋涡列，会使浮块16有规律的上浮和下沉，对浮块16上浮的空间进行限定，如限定空腔13上部空间的开设大小，同时通过拉绳21对浮块16下沉的空间也进行限定，使得浮块16上浮或下沉时会有规律的交替出现在与检测孔18横向平齐的位置，从而使接收光纤192有规律地出现接收到光信号的情况，通过信号处理器3 的数据处理能够得出该频率f，该频率即为旋涡发生体12后旋涡发生的频率f：
v：旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
St:斯特劳哈尔数，对于圆柱形发生体，该值约等于0.2；
m：旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比:
d:旋涡发生体迎面宽度；
D：表体通径；
管道内体积流量θv为：
令
可知θv＝kf
k:流量传感器的仪表参数，每个流量传感器均有一个计算的固定值；
通过信号处理器3检测出旋涡发生频率f，就能计算出流体的体积流量θv。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：包括传感器探头(1)、光电转换器(2)和信号处理器(3)，传感器探头(1)包括外壳(11)和旋涡发生体(12)，外壳(11)为两端开口的筒形结构，旋涡发生体(12)为圆柱形结构，且旋涡发生体(12)垂直固定于外壳(11)内，旋涡发生体(12)的中部开设有空腔(13)，空腔(13)的上下两端分别通过对称设置的上导压孔(14)和下导压孔(15)贯通旋涡发生体(12)，且上导压孔(14)和下导压孔(15)均垂直于外壳(11)和旋涡发生体(12)的轴向开设，空腔(13)内设置有浮块(16)，浮块(16)通过拉绳(21)吊设于上部的旋涡发生体(12)上，浮块(16)沿横向的一端固定有反光部件(17)，反光部件(17)对应的旋涡发生体(12)上沿横向开设有检测孔(18)，检测孔(18)内设置有具有入射光纤(191)和接收光纤(192)的光纤检测端(19),且光纤检测端(19)垂直指向反光部件(17)，检测孔(18)的孔口处设置有密封透光隔层(20)，入射光纤(191)的另一端设置于光源(4)处用于耦合入射光，接收光纤(192)的另一端与光电转换器(2)相连，光电转换器(2)与信号处理器(3)相连。
2.根据权利要求1所述一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：拉绳(21)拉直状态下，浮块(16)与检测孔(18)相平齐。
3.根据权利要求1所述一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：所述浮块(16)为空心的长方体结构，浮块(16)受到的重力与浮块(16)在待测液体中所受到的浮力相等，所述空腔(13)内位于浮块(16)的两端处沿竖向开设有导槽(22)，浮块(16)的两端均沿竖向滑动设置于导槽(22)内。
4.根据权利要求1所述一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：所述浮块(16)的两端对称地固定有相同的反光部件(17)。
5.根据权利要求1所述一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：旋涡发生体(12)上下两侧的上导压孔(14)和下导压孔(15)的形状和尺寸相同，且上导压孔(14)的上端至外壳(11)上侧内壁的距离与下导压孔(15)的下端至外壳(11)下侧内壁的距离相同。
6.根据权利要求1所述一种浮球涡街反射式光纤流量传感器，其特征在于：光纤检测端(19)的光纤束由入射光纤(191)和接收光纤(192)集合铠装而成。
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| CN110579248A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-17 | 贵阳学院 | 一种浮球涡街反射式光纤流量传感器及其流量检测方法 |
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