一种新型管道流速检测传感器制造技术

本发明专利技术提供一种新型管道流速检测传感器，包括激光器、激光分束镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、光电探测器和光电转换单元。激光器为半导体激光器，分光镜为双面半透半反镜，所述第一聚焦透镜和第三聚焦透镜平行，所述光电转换单元连接模拟乘法器，模拟乘法器连接解调器。该传感器光路设计上采用背向散射方式，不需要在管道壁开设观测窗口，对流场无干扰；输出特性的直线性相当好，不必进行标定；测量精度不受流体折射率以外的其他物理性能及温度、压力等参数的影响；空间分辨率高、无惯性，因而频响特性好；测速范围广、可以从30‑3mm/s级的低速到超音速；测量方向特性稳定；可以测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感
，尤其是涉及一种新型管道流速检测传感器。
技术介绍
在现代城市供水过程的输水管线运行过程中，管内水流量是重要的过程参数之一。输水管道流量是衡量设备的效率和经济性的重要指标；输水流量是长距离大口径输水生产操作和控制的依据，因为在大多数城市供水生产运行过程中，流量监测是实现生产过程自动化和最优控制的重要依据。同时为了进行经济核算，也必须知道流过的介质总量，所以，流量的测量与控制是输水供水生产过程的一项重要任务。在现代城市供水过程的输水管线运行过程中，管内水流量是重要的过程参数之一。输水管道流量是衡量设备的效率和经济性的重要指标；输水流量是长距离大口径输水生产操作和控制的依据，因为在大多数城市供水生产运行过程中，流量监测是实现生产过程自动化和最优控制的重要依据。同时为了进行经济核算，也必须知道流过的介质总量，所以，流量的测量与控制是输水供水生产过程的一项重要任务。激光多普勒流速仪是利用激光多普勒效应进行流速测量的。当激光照射到跟随流体一起运动的微粒上时，微粒散射的散射光频率将偏离入射光频率，这种现象就叫激光多普勒效应，其中散射光与入射光之间的频率偏离量称作多普勒频移。多普勒频移与微粒的运动速度，即流体的流速成正比。因此，测量出多普勒频移就可以测得流体的速度。激光多普勒测速技术自20世纪开始应用于管内水流以来,得到了飞速的发展。它属于非接触测速。目前技术缺点在于:激光多普勒流速仪是一个比较庞大的测量系统，与皮托管相比，它不仅价格昂贵，而且使用操作复杂，同时还必须在流动管壁上设置激光观测窗口，以及在被测流体中加裁能够充分响应流体速度的散射微粒等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种新型管道流速检测传感器，实现了大型输水管道流速在线的测量。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种新型管道流速检测传感器，包括激光器，用于产生激光；激光分束镜，位于激光的光路后端，用于将所述激光分束成平行光束入射到分光镜，分光镜将入射光分为周期调制光和调制信号光；第一聚焦透镜，位于周期调制光的光路后端，用于将所述周期调制光入射到光电探测器，光电探测器连接光电转换单元；第二聚焦透镜，位于调制信号光的光路后端，用于将所述调制信号光入射到被测介质，同时接收经被测介质散射之后的回光，并将回光分为多普勒频移调制光；第三聚焦透镜，位于多普勒频移调制光的光路后端，用于将所述多普勒频移调制光入射到光电探测器，光电探测器连接光电转换单元。进一步的，所述激光器为半导体激光器。进一步的，所述分光镜为双面半透半反镜。进一步的，所述分光镜分开的周期调制光和调制信号光相互成90°，所述调制信号光与所述多普勒频移调制光相互成90°。进一步的，所述第一聚焦透镜和第三聚焦透镜平行。进一步的，所述光电转换单元连接模拟乘法器，模拟乘法器连接解调器。相对于现有技术，本专利技术所述的一种新型管道流速检测传感器具有以下优势：本专利技术采用背向散射式激光多普勒流速测量传感器，该传感器光路设计上采用背向散射方式，不需要在管道壁开设观测窗口，对流场无干扰；输出特性的直线性相当好，不必进行标定；测量精度不受流体折射率以外的其他物理性能及温度、压力等参数的影响；空间分辨率高、无惯性，因而频响特性好；测速范围广、可以从30-3mm/s级的低速到超音速；测量方向特性稳定；可以测量逆流现象中循环流的湍流速度成分。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述一种新型管道流速检测传感器的结构示意图；附图标记说明：1-激光器，2-激光分束镜，3-分光镜，4-第一聚焦透镜，5-第二聚焦透镜，6-第三聚焦透镜，7-光电探测器，8-光电转换单元，9-周期调制光，10-调制信号光，11-多普勒频移调制光，12-运动颗粒物，13-模拟乘法器，14-解调器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1所示，一种新型管道流速检测传感器，包括激光器1，用于产生激光；激光分束镜2，位于激光的光路后端，用于将所述激光分束成平行光束入射到分光镜3，分光镜3将入射光分为周期调制光9和调制信号光10；第一聚焦透镜4，位于周期调制光9的光路后端，用于将所述周期调制光9入射到光电探测器7，光电探测器7连接光电转换单元8；第二聚焦透镜5，位于调制信号光10的光路后端，用于将所述调制信号光10入射到被测介质，同时接收经被测介质散射之后的回光，并将回光分为多普勒频移调制光11；第三聚焦透镜6，位于多普勒频移调制光11的光路后端，用于将所述多普勒频移调制光11入射到光电探测器7，光电探测器7连接光电转换单元8。所述激光器1为半导体激光器。所述分光镜3为双面半透半反镜。所述分光镜3分开的周期调制光9和调制信号光10相互成90°，所述调制信号光10与所述多普勒频移调制光11相互成90°。所述第一聚焦透镜4和第三聚焦透镜6平行。所述光电转换单元8连接模拟乘法器13，模拟乘法器13连接解调器14。半导体激光器1将余弦调制激光打入激光分束镜2，激光分束镜2将激光分束成平行光束入射到分光镜3，分光镜3是一个双面半透半反光学透镜，激光分束镜2的入射光一半通过分光镜3形成周期调制光反射到第一聚焦透镜4，另一半透过分光镜3形成调制信号光10进入第二聚焦透镜5，第一聚焦透镜4将周期调制光汇聚后入射到光电探测器7，实现光电信号转换，第二聚焦透镜5将调制信号光汇聚打到运动粒子，光线在粒子表面发生散射，散射光经过第二聚焦透镜5回光，回光信号经过分光镜3形成多普勒频移调制光反射到第三聚焦透镜6，汇聚后到达光电探测器7，实现光电信号转换。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型管道流速检测传感器，其特征在于：包括激光器(1)，用于产生激光；激光分束镜(2)，位于激光的光路后端，用于将所述激光分束成平行光束入射到分光镜(3)，分光镜(3)将入射光分为周期调制光(9)和调制信号光(10)；第一聚焦透镜(4)，位于周期调制光(9)的光路后端，用于将所述周期调制光(9)入射到光电探测器(7)，光电探测器(7)连接光电转换单元(8)；第二聚焦透镜(5)，位于调制信号光(10)的光路后端，用于将所述调制信号光(10)入射到被测介质，同时接收经被测介质散射之后的回光，并将回光分为多普勒频移调制光(11)；第三聚焦透镜(6)，位于多普勒频移调制光(11)的光路后端，用于将所述多普勒频移调制光(11)入射到光电探测器(7)，光电探测器(7)连接光电转换单元(8)。

【技术特征摘要】
1.一种新型管道流速检测传感器，其特征在于：包括激光器(1)，用于产生激光；激光分束镜(2)，位于激光的光路后端，用于将所述激光分束成平行光束入射到分光镜(3)，分光镜(3)将入射光分为周期调制光(9)和调制信号光(10)；第一聚焦透镜(4)，位于周期调制光(9)的光路后端，用于将所述周期调制光(9)入射到光电探测器(7)，光电探测器(7)连接光电转换单元(8)；第二聚焦透镜(5)，位于调制信号光(10)的光路后端，用于将所述调制信号光(10)入射到被测介质，同时接收经被测介质散射之后的回光，并将回光分为多普勒频移调制光(11)；第三聚焦透镜(6)，位于多普勒频移调制光(11)的光路后端，用于将所述多普勒频移调制光(11)入射到光电探测器(7)，光电探测器(7)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣文索，周钊名，
申请(专利权)人：天津市誉航润铭科技发展有限公司，衣文索，
类型：发明
国别省市：天津;12