压差流量计

摘要

本发明公开了一种压差流量计，包括一根沿液体流量管直径穿过且固定于该管的固定杆，液体流量管内的固定杆上沿液体流量管的轴向中心方向设有两个相对的同样的伞状结构体，所述两个伞状结构体是由圆锥体和支撑圆柱体组成，所述两个支撑圆柱体上均设有同一参数的光纤布拉格光栅，所述两个光纤布拉格光栅是在同一根光纤上间距紫外刻制加工制备而成，该根光纤引出液体流量管后连接强度解调装置，然后与数据处理装置相连。本发明结构简单，采用一根光纤上的同样结构的两个FBG受力差，温度、外部影响自补偿。

权利要求

1.一种压差流量计，其特征是，包括一根沿液体流量管直径穿过且固定于该管的固定杆，液体流量管内的固定杆上沿液体流量管的轴向中心方向设有两个相对的同样的伞状结构体，所述两个伞状结构体是由圆锥体和支撑圆柱体组成，所述两个支撑圆柱体上均设有同一参数的光纤布拉格光栅，所述两个光纤布拉格光栅是在同一根光纤上间距紫外刻制加工制备而成，该根光纤引出液体流量管后连接强度解调装置，然后与数据处理装置相连；

应用时，管内流体流到伞状结构体的第一个圆锥体上时，产生压力，流体会向外扩张，使得第一个支撑圆柱体受压，其上的光纤布拉格光栅也受压，流体流经固定杆后，继续到达第二个圆锥体上时，向外扩张，使第二个圆锥体受拉，第二个支撑圆柱体产生拉伸变形，其上的光纤布拉格光栅也受拉伸；这样作用在两个支撑圆柱体上的压力、拉力，以及流体温度变化、流体扰动被敷设在它们上面的同样参数的光纤布拉格光栅检测，经光纤、光纤光栅解调装置后进行数据处理，经数据处理装置分析处理后得出流体流量管内的流量信息。

2.如权利要求1所述的压差流量计，其特征是，所述固定杆与液体流量管的管壁之间密封连接。

3.如权利要求1所述的压差流量计，其特征是，两个相同的光纤布拉格光栅分别在前后两个支撑圆柱体上刻槽敷设，敷设后密封防水胶，圆锥体和支撑圆柱体均为弹性体。

说明书

压差流量计

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压差流量计。属于流量测量、检测技术。

背景技术

[0002] 在工业生产过程自动化中，流量是需经常测量和控制的参数之一，使用最早、应用最广泛的流量传感器是机械转子式的, 其技术相对成熟, 但由于受机械结构限制, 测量误差较大。随后发展起来的电磁流量计、超声波流量计和声学多普勒流量计测量精度都较高, 且使用简便, 但易受电磁干扰, 使用成本较高。光纤流量计具有抗电磁干扰、尺寸小和重量轻等优点, 但光纤流量计是利用流量对光信号的强度和相位的调制而设计的, 而光强和相位受环境影响较大, 实际应用中很难准确检测。光纤布拉格光栅( FBG) 流量传感器是利用流量变化来引起反射光波长变化, 外界环境对波长的影响很小, 故FBG流量传感器成为近几年业界研究的热点。针对光纤光栅器件制作的传感器有一些研究报道，如基于汾丘里管结构的FBG流量传感器（陈建军, 张伟刚, 涂勤昌等， 基于光纤光栅的高灵敏度流速传感器，光学学报, 2006, 26 ( 8) : 1136-1139），基于涡街结构的FBG流量传感器（李红民, 高宏伟, 刘波等， 一种新型的光纤光栅涡街流量传感器，传感技术学报,2006, 19( 4) : 1195-1197），基于靶式结构的FBG流量传感器（Zhao Yong, Chen Kun, Yang Jian. Novel target type flow meter based on a differential fiber Bragg grating sensor， Measurement, 2005, 38( 3) : 230- 235）。这些传感器，都是通过不同的机械结构设计，使得流速的变化与作用在结构体上的变形及受力保持一定数学关系，而粘贴在结构体上的FBG传感器感知变形与受力，从而间接测量了流量的变化；但由于它们结构设计的原因，流量测量与结构体受力之间难以保证线性，而且受温度和外部干扰严重，即使想消除温度影响，需要额外参考温度传感；有些虽然结构上保证了线性关系和提高了精度，但结构相对复杂。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，安装方便，温度自补偿、灵敏度高、测量准确的压差流量计。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0005] 一种压差流量计，包括一根沿液体流量管直径穿过且固定于该管的固定杆，液体流量管内的固定杆上沿液体流量管的轴向中心方向设有两个相对的同样的伞状结构体，所述两个伞状结构体是由圆锥体和支撑圆柱体组成，它们结构尺寸相同，所述两个支撑圆柱体上均设有同一参数的光纤布拉格光栅，两个光纤布拉格光栅参数相同，是在一根光纤上，空间上相距一段距离紫外刻制加工的，该根光纤引出液体流量管后，连接强度解调装置（光源，光耦合器，光电转换电路），然后与数据处理装置相连。

[0006] 所述固定杆与液体流量管的管壁之间密封连接，两个相同的光纤布拉格光栅分别在前后两个支撑圆柱体上刻槽敷设，敷设后密封防水胶，圆锥体和支撑圆柱体均为弹性体，感受管内液体流速流场作用在弹性体上的受力变形。

[0007] 所述两个光纤布拉格光栅为同样参数，在一根光纤上加工刻制而成，空间保留一定距离，用来保证两个光纤布拉格光栅敷设在前后两个支撑圆柱体上。

[0008] 所述的同一根光纤上两个同样FBG的压差流量计解调为强度解调。

[0009] 本发明采用上述结构，应用时，管内流体流到伞状结构体的第一个圆锥体上时，产生压力，流体会向外扩张，使得第一个支撑圆柱体受压，其上的光纤光栅传感器也受压，流体流经固定杆后，继续到达第二个圆锥体上时，向外扩张，使第二个圆锥体受拉，第二个支撑圆柱体产生拉伸变形，其上的光纤光栅传感器也受拉伸。这样作用在两个支撑圆柱体上的压力、拉力，以及流体温度变化、流体扰动等被敷设在它们上面的同样参数的光纤布拉格光栅检测，经光纤、光纤光栅解调装置后进行数据处理，经数据处理装置分析处理后得出流体流量管内的流量信息。

[0010] 本发明的有益效果是，本发明虽然采用光纤光栅（FBG）器件感受流速引起的弹性体受力变形，但采用前后弹性体上一样参数的两个FBG器件来实现流速测量，利用两个FBG反射谱重叠区域的能量来测量前后弹性体的受力变形（任何时候，一个受拉，一个受压），从而间接测量流速的变化，属于强度解调，在测量结构上采用FBG最容易敏感的拉伸和压缩方向，保证了流速变化与引起弹性结构体的受力变形，以及引起FBG反射谱波形漂移的变化之间成本质线性关系，而且，采用了机械结构对称和两个一样的FBG强度解调原理，FBG受温度影响和外部干扰自然消除，精度高。本发明结构简单，采用一根光纤上的同样结构的两个FBG受力差，精度高，温度、外部影响自补偿。

附图说明

[0011] 图1是本发明结构示意图；

[0012] 其中1. 液体流量管，2. 圆锥体，3. 支撑圆柱体，4. 固定杆，5. 光纤布拉格光栅 .

具体实施方式

[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0014] 如图1所示，一种压差流量计，包括一根沿液体流量管1直径穿过且固定于该管的固定杆4，液体流量管1内的固定杆上沿液体流量管1的轴向中心方向设有两个相对的同样的伞状结构体，所述两个伞状结构体是由圆锥体2和支撑圆柱体3组成，它们结构尺寸相同，所述两个支撑圆柱体3上均设有同一参数的光纤布拉格光栅5，两个光纤布拉格光栅5参数相同，是在一根光纤上，空间上相距一段距离紫外刻制加工的，该根光纤引出液体流量管1后，连接强度解调装置（光源，光耦合器，光电转换电路），然后与数据处理装置相连。

[0015] 所述固定杆4与液体流量管1的管壁之间密封连接，两个相同的光纤布拉格光栅5分别在前后两个支撑圆柱体3上刻槽敷设，敷设后密封防水胶，圆锥体2和支撑圆柱体3均为弹性体，感受管内液体流速流场作用在弹性体上的受力变形。

[0016] 所述两个光纤布拉格光栅5为同样参数，在一根光纤上加工刻制而成，空间保留一定距离，用来保证两个光纤布拉格光栅5敷设在前后两个支撑圆柱体3上。

[0017] 所述的同一根光纤上两个同样FBG的压差流量计解调为强度解调。

[0018] 本发明采用上述结构，应用时，管内流体流到伞状结构体的第一个圆锥体2上时，产生压力，流体会向外扩张，使得第一个支撑圆柱体3受压，流体流经固定杆4后，继续到达第二个圆锥体2上时，向外扩张，使第二个圆锥体2受拉，第二个支撑圆柱体3产生拉伸变形，作用在两个支撑圆柱体3上的压力、拉力通过光纤布拉格光栅5检测，经光纤、光纤光栅解调装置后进行数据处理，经数据处理装置分析处理后得出流体流量管内的流量信息。

[0019] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。