CN210774191U - 一种转子端部测量的光纤涡轮流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，它涉及涡轮流量计技术领域。它包括前支撑、壳体、轴承、转轴、涡轮、编码盘、后支撑、信号光纤，壳体中安装有前支撑、后支撑，前支撑、后支撑上均设置有安装涡轮转子的轴承。涡轮的转轴通过轴承固定在壳体内，涡轮相对于前支撑、后支撑的侧面安装有编码盘，所述的后支撑设置有信号光纤。本实用新型实现单光纤技术测量流体正反方向的流动信号，拓宽涡轮流量计的量程范围，实现更低流速下的流量测量，提高涡轮流量计转动速度测量精度，应用前景广阔。

Description

一种转子端部测量的光纤涡轮流量计

技术领域

本实用新型涉及的是涡轮流量计技术领域，具体涉及一种转子端部测量的光纤涡轮流量计。

背景技术

涡轮流量计由涡轮转子、转速传感器、涡轮上下游支架以及整流元件等构成，用于流体的流量测量，具有精度高、重复性好、无零点漂移、高量程比、运动部件少、耐高压、测量范围宽、体积小、重量轻、压力损失小、维修方便等优点。涡轮流量计广泛应用于测量水介质、石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等，此外，在一些特殊部门亦得到广泛应用，如科研实验、国防科技、计量部门。涡轮流量计将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号，为了测量涡轮转子的转速，一般采用电磁感应线圈，从涡轮转子径向的角度，感知涡轮转子周期性变化的磁信号，当铁磁性涡轮叶片经过磁铁时，磁路的磁阻发生变化，从而产生感应信号，将该信号经感应线圈转换为微小的电信号，经二次仪表的变送，形成可以数据采集系统量化的电流信号，或者可以直接接数字表头显示。涡轮流量计的主要缺点是对测量介质洁净度要求较高，使用期限受到限制。

采用电磁感应方式的传统涡轮流量计，由于磁信号的微弱，在转速较低时，或者在使用现场有较强电磁干扰存在时，其测量的准确度会受到较大的干扰，从而导致测量精度的下降。为了克服电磁感应方式的不足，一些研究者提出了各种措施，其中采用光纤技术测量转子转速，就是一种新的方法。

如中国实用新型专利申请号201220161758.X公开的光纤光栅涡轮流量计，主要用于各种气体的测量，由于采用光纤测量转子流速，可以获得较电磁感应急速更为宽广的量程范围。该涡轮流量计在原来侧面设置的电磁感应线圈的位置用光纤代替，利用涡轮旋转反射光纤入射光线的方式，感知涡轮流量计的转速。

中国实用新型专利申请号200720017049.3公开的插入式光纤涡轮流量计，在实际应用时需要插入管道中，通过后部的安装支架固定在管道中间。该涡轮流量计包括安装架和涡轮体，安装架中间固定连接有筒状的导流管，导流管的两个端口处分别固定安装有涡轮轴架及轴套，两个涡轮轴架及轴套之间相对旋转连接有涡轮体；导流管的管壁上前后对应开有两个通孔，两个通孔处分别设有两个光纤传感器。

华义详和李安虎在《光纤传感器及其在流量测控中的应用》提出了一种采用光纤技术的涡轮流量计，该流量计是在传统涡轮流量计的基础上，采用多模光纤代替内磁式传感器，以旋转涡轮叶片反射光信号后形成的脉冲信号，获得涡轮转子的转速，并进而获得流量。反射型光纤传感器采用多模玻璃光纤，由两根光纤组成，包括光发射纤和光接收纤，工作时，发射光纤将光入射到叶片端面上，旋转涡轮叶片周期性的反射，接收纤接收调制光纤的反射信号，经滤波后转换为流量脉冲信号，其频率与涡轮的转速成正比，经过转换，即可获得流量值。

由以上技术的发展可以得知：涡轮流量计由于其本身巨大的优点，在流体流量测量中已经非常成熟，并获得广泛的应用。然而，由于电磁感应本身的缺点，近年来，国内一些研究者采用光纤测量的方式，测量涡轮转动时叶片的反光，从而获得涡轮转动速度。这种技术的采用，可以避免电磁感应技术在低转速时信号的不稳定，可以扩大涡轮流量计的量程范围，拓展低流速测量范围。同时，光纤传感器的采用可以避免电磁干扰，可以应用到强电磁干扰环境。随着对光纤测量转子技术的深入，以涡轮转子叶片狭窄面为反射面作为光的反射面，存在着信号幅宽较窄，对宽量程测量的应用带来限制的问题。此外，在一些测量正反双向流动的涡轮流量计上，需要采用双光纤技术，从而带来系统复杂的问题。

综上，现有技术存在着以下缺陷：

(1)现有的光纤涡轮流量计一般采用测量叶轮对激光的反射，受限于叶轮宽度占比小，信号反射幅宽较窄的问题，容易导致计数漏计的问题；

(2)叶轮侧面对激光的反射能力，取决于叶轮周向表面的加工，而提高这种薄叶片端面的光洁度，存在加工上的难题；

(3)在现有技术上，当为了测量双向流动时，需要采用双光纤测量，增加了测量的复杂程度。

为了解决上述问题，设计一种转子端部测量的光纤涡轮流量计尤为必要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，结构简单，设计合理，实现单光纤技术测量流体正反方向的流动信号，拓宽涡轮流量计的量程范围，实现更低流速下的流量测量，提高涡轮流量计转动速度测量精度，实用可靠，易于推广使用。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，包括前支撑、壳体、轴承、转轴、涡轮、编码盘、后支撑、信号光纤，壳体中安装有前支撑、后支撑，前支撑、后支撑上均设置有安装涡轮转子的轴承，涡轮的转轴通过轴承固定在壳体内，涡轮相对于前支撑、后支撑的侧面安装有编码盘，所述的后支撑设置有信号光纤。

作为优选，所述的前支撑、后支撑上均设置有流体整流叶片，对流场进行整流，使流体更为平稳的通过涡轮转子，同时该叶片也起着支撑定位涡轮转子，使其位于壳体的轴线上的作用。

作为优选，所述的编码盘采用明暗相间、宽度不等的不等距编码条纹，通过计算机根据信号的幅宽，按照由小到大或者是由大到小的顺序，辨识出转子转动的方向，从而实现单根光纤对正反流动的辨识。

作为优选，所述的信号光纤包括有入射光纤和反射光纤，入射光纤的照射端面对涡轮转轴的圆柱端面，所述信号光纤与二次仪表相连接，当入射光沿着光纤照射到涡轮转子端面上，就会产生明暗相间的反射信号，并由反射光纤拾取该信号并传输到二次仪表转换成电信号。

本实用新型的有益效果：本装置可以获得较为理想的信号幅宽，提高信号的可辨识程度，从而拓宽涡轮流量计的量程范围，实现更低流速下的流量测量，提高涡轮流量计转动速度测量精度。此外，通过信号编码技术，实现单光纤技术测量流体正反方向的流动信号，克服已有技术采用光纤技术带来二次仪表及后续处理复杂化问题，结构简单，处理迅速，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型采用不等距编码的编码盘示意图；

图3为本实用新型实施例1的工程应用示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参照图1-3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，包括前支撑1、壳体2、轴承3、转轴4、涡轮5、编码盘6、后支撑7、信号光纤8，壳体2中安装有前支撑1、后支撑7，前支撑1、后支撑7上均设置有安装涡轮转子的轴承3，涡轮5的转轴4通过轴承3固定在壳体2内，涡轮5相对于前支撑1、后支撑7的侧面安装有编码盘6，所述的后支撑7设置有信号光纤8；所述的信号光纤8包括有入射光纤和反射光纤，入射光纤的照射端面对涡轮转轴4的圆柱端面，所述信号光纤8与二次仪表9相连接，当入射光沿着光纤照射到涡轮转子端面上，就会产生明暗相间的反射信号，由反射光纤拾取该信号并传输到二次仪表9转换成电信号。

值得注意的是，所述的前支撑1、后支撑7上均设置有流体整流叶片，对流场进行整流，使流体更为平稳的通过涡轮转子，同时该叶片也起着支撑定位涡轮转子，使其位于壳体2的轴线上的作用。

此外，本涡轮的转子端面通过特定的工艺形成抛光面和毛面，实现对涡轮转子的编码，所述的编码盘6采用明暗相间、宽度不等的不等距编码条纹，可以增加编码盘明暗相间条纹的数量，从而提高对涡轮转子转动运动的解析度。若编码盘6采用均匀编码时，不能辨识转子的转动方向，当采用非均匀编码时，如图2采用三个宽度不等的条纹，通过计算机根据信号的幅宽，按照由小到大或者是由大到小的顺序，辨识出转子转动的方向，从而实现单根光纤对正反流动的辨识。

本具体实施方式的工作原理为：当流体通过涡轮流量计后，流经涡轮转子，由于涡轮5上具有斜向的叶片，流体推动涡轮转子转动，入射光纤导入的入射光照射在转子端部的编码盘6上并被反射回去后，就会产生转子的转速信号，在标准流体标定装置上，可以进行转子转速与流量之间关系的准确标定，获得流量系数，从而实现流量的精确测量。

本具体实施方式通过在涡轮支撑上引入入射和反射光纤的方法实现光信号的导入和导出，入射光照射转子部位为转子圆柱部分的端面，采用叶轮转动轴圆柱端面作为光纤反射面，取代传统叶轮叶片轮沿作为反射面，转子端面采用人工编码的方式，反射面的反射采用明暗相间的编码技术，可以人工获得幅度可控的反射信号宽度，从而可以更好地获得辨识度高的光信号，极大提高信号的识别准确度，同时通过改变编码盘上条纹的宽度，可以辨识出转子的转动方向，从而可以在单光纤的情况下实现对正反流动的识别。

本结构的光纤涡轮流量计结构简单，处理迅速，无需两套光电转换系统，采用光纤获取转子转速光纤位于涡轮流量计内轴心位置，依靠转子端部光的反射信号，测量涡轮转子的转速，并进而得到流体的流量，具有可靠性高，测量范围宽的特点，能够满足一些特殊环境的测量要求，大大提高涡轮流量计转动速度测量精度，具有广阔的市场应用前景。

实施例1：如图3，将本实用新型的涡轮流量计A接入管路的上游管段10与下游管段11中，当流体流进涡轮流量计A时，推动涡轮转子转动，信号光纤接入二次仪表9中，二次仪表9中的光源发出的光经过入射光纤导入流量计，照射位于转子圆柱部分的编码盘，并产生明暗相间的反射光信号；该反射信号经光电转换器转换为电信号，并经过放大处理后，可以送入计算机采集系统12进行信号数字处理，也可接入数字仪表进行显示。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征，以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，其特征在于，包括前支撑(1)、壳体(2)、轴承(3)、转轴(4)、涡轮(5)、编码盘(6)、后支撑(7)、信号光纤(8)，壳体(2)中安装有前支撑(1)、后支撑(7)，前支撑(1)、后支撑(7)上均设置有安装涡轮转子的轴承(3)，涡轮(5)的转轴(4)通过轴承(3)固定在壳体(2)内，涡轮(5)相对于前支撑(1)、后支撑(7)的侧面安装有编码盘(6)，所述的后支撑(7)设置有信号光纤(8)。

2.根据权利要求1所述的一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，其特征在于，所述的前支撑(1)、后支撑(7)上均设置有对流场进行整流的流体整流叶片。

3.根据权利要求1所述的一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，其特征在于，所述的信号光纤(8)包括有入射光纤和反射光纤，入射光纤的照射端面对涡轮转轴(4)的圆柱端面。

4.根据权利要求1所述的一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，其特征在于，所述的编码盘(6)采用明暗相间、宽度不等的不等距编码条纹。

5.根据权利要求1所述的一种转子端部测量的光纤涡轮流量计，其特征在于，所述的信号光纤(8)与二次仪表(9)相连接。

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