一种基于光纤光栅的探针式流量计制造技术

本发明专利技术提出了一种基于光纤光栅的探针式流量计，由外壳1、应变棒2、固定座3、前光纤光栅4、后光纤光栅5、垫片6组成。应变棒2为空心圆柱结构，其内部粘贴有前光纤光栅4和后光纤光栅5。流体冲击应变棒2引起前光纤光栅4和后光纤光栅5产生应变，通过测量前光纤光栅4和后光纤光栅5的两个中心反射波长的差值实现流量的测量。该结构避免光纤探头与流体直接接触，实现对前光纤光栅4和后光纤光栅5的保护。本发明专利技术解决了现有光纤流量计中光纤探头易被流体冲刷或污染而失效、压损较大以及结构复杂等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光纤光栅的探针式流量计，属于流量计量

技术介绍
流量计量是计量科学技术的组成部分之一，广泛存在于石油天然气、石油化工、水处理、食品饮料、制药、能源、冶金、纸浆造纸和建筑材料等行业。目前，常用的流量计主要包括差压流量计、转子流量计、涡轮流量计等。这些流量计大多都是通过电传感器测得力、振动和转速信号，经过信号转换得到流量大小。但是，电类传感器易受电磁干扰，易漏电，无法用于强电磁干扰的恶劣环境。光纤传感器利用光进行传感和传输，因此不受电磁干扰。同时，光纤传感器具有径细、质软、重量轻、绝缘、耐水、耐高温、耐腐蚀的优点。近年来，光纤传感器发展迅速，许多基于光纤传感器的流量计被提出。李川等人提出了一种靶式光纤光栅液体流量计（中国专利技术专利申请20091004845.0），该流量计利用圆靶、连接杆等装置将流体作用于圆靶上的力传递给光纤光栅，通过测量光纤光栅中心反射波长的移动实现流量的测量。该设计通过轴封膜片实现密封，结构复杂，可靠性低。同时，该种流量计由于圆靶的引入，对流体的流动形成了较大的干扰，且会产生较大的压损。张文涛等人提出了一种光纤涡街流量计（中国专利技术专利申请201210464800. X），该种流量计在流体中设置漩涡发生体，在漩涡发生体两侧交替产生有规则的漩涡，通过光纤测量漩涡频率实现流量的测量。该设计在管道中设置了漩涡发生体、连杆、定位膜片等装置，结构复杂，安装困难，同时对流体流动影响较大，会产生较大压损。杜玉环等人提出了一种双圈同轴式光纤涡轮流量计（杜玉环，郭迎清，薛海东，张小栋，丁毅，“双圈同轴式光纤涡轮流量计的智能化设计”，智能仪器与传感技术，2015，23（10）: 3563-3566）。该种流量计将流体流量信息转换为涡轮转速信息，利用光纤传感器测量涡轮转速，实现流量的测量。该设计的不足之处在于，光纤探头易受流体污染而损坏，使得流量计无法长期保持校准特性。本专利技术提出了一种了基于光纤光栅的探针式流量计，利用应变棒2将流体作用于应变棒2的力传递给光纤光栅，通过测量光纤光栅中心反射波长实现流量的测量。前光纤光栅4和后光纤光栅5粘贴于应变棒2内壁上，避免其与流体直接接触，实现对前光纤光栅4和后光纤光栅5的保护。同时，应变棒2为空心圆柱结构，体积小，引起的流体阻力小，因此该流量计产生的压损小。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术的目的在于提出一种基于光纤光栅的探针式流量计，以解决现有光纤流量计中光纤探头易被流体冲刷或污染而损坏、压损较大以及结构复杂的问题。（二）技术方案为达到上述目的，本专利技术提出一种基于光纤光栅的探针式流量计，该流量计包括：将探针式流量计与被测管道连接的外壳1；传感流体压力和安装光纤光栅的应变棒2；固定应变棒2的固定座3；用于传感应变棒2在流体压力作用下所产生的应变的前光纤光栅4和后光纤光栅5；用于密封的垫片6。上述方案中，所述的外壳1的连接方式为法兰连接。上述方案中，所述的应变棒2为空心圆柱结构。上述方案中，所述的固定座3中心开有通孔7，用于固定应变棒2，且固定座3与外壳1的连接方式为法兰连接。上述方案中，所述的前光纤光栅4和后光纤光栅5安装于应变棒2的内壁上。上述方案中，所述的垫片6为环形结构，且开有通孔8，用于安放紧固螺丝。（三）有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1) 本专利技术提出的基于光纤光栅的探针式流量计，将前光纤光栅4和后光纤光栅5安装于应变棒2的内壁上，避免其被流体冲击而损坏，提高流量计的使用寿命。2) 本专利技术提出的基于光纤光栅的探针式流量计，只有应变棒2置于流体中，且应变棒2体积小，对流体流动的阻力小，因此该流量计压损小。3) 本专利技术提出的基于光纤光栅的探针式流量计，利用应变棒2将流体压力直接传递给前光纤光栅4和后光纤光栅5，结构简单，安装方便。附图说明图1为基于光纤光栅的探针式流量计的整体结构示意图。其中，图中序号如下：1-外壳、2-应变棒、3-固定座、4-前光纤光栅、5-后光纤光栅、6-垫片。图2为固定座结构示意图。其中，图中序号如下： 7-通孔。图3为垫片结构示意图。其中，图中序号如下：8-通孔。图4为不同流速下前光纤光栅4和后光纤光栅5的光谱图。图5为前光纤光栅4和后光纤光栅5的中心反射波长差值与流速的关系曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术的具体结构、原理以及优化过程作进一步的详细说明。如图1、图2、图3所示，一种基于光纤光栅的探针式流量计，包括外壳1、应变棒2、固定座3、前光纤光栅4、后光纤光栅5、垫片6。外壳1用于将设计的探针式流量计与被测管道连接，应变棒2为空心圆柱结构，前光纤光栅4和后光纤光栅5安装于应变棒2的内壁上，固定座3通过法兰连接方式与外壳1连接，固定座3上开有通孔7，用于安装应变棒2，垫片6安装于固定座3与外壳1之间，起密封作用。其工作过程是：流体流经插入管道的应变棒2，在应变棒2表面产生向后的推力，迫使应变棒2产生屈服变形，从而使安装于应变棒2内壁上的前光纤光栅4和后光纤光栅5的中心波长发生移动，通过计算前光纤光栅4和后光纤光栅5中心反射波长差值，便能得到流量大小。如图4所示，随着流量的增加，前光纤光栅4和后光纤光栅5的中心反射波长分别左右移动，读出前光纤光栅4和后光纤光栅5的中心反射波长并进行作差，得到前光纤光栅4和后光纤光栅5的中心反射波长差值和流量的关系曲线，如图5所示。对其进行标定后，根据前光纤光栅4和后光纤光栅5中心反射波长差值，便能得到流量大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅的探针式流量计，该探针式流量计包括：安装探针式流量计和实现与被测管道连接的外壳1，安装前光纤光栅4和后光纤光栅5的应变棒2，安装应变棒2的固定座3，用于传感应变棒2在流体压力作用下所产生的应变的前光纤光栅4和后光纤光栅5，用于密封的垫片6。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的探针式流量计，该探针式流量计包括：安装探针式流量计和实现与被测管道连接的外壳1，安装前光纤光栅4和后光纤光栅5的应变棒2，安装应变棒2的固定座3，用于传感应变棒2在流体压力作用下所产生的应变的前光纤光栅4和后光纤光栅5，用于密封的垫片6。2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的探针式流量计，其特征在于：应变棒2为空心圆柱结构，其一端固定于固定座3上，一端处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，吕日清，顾亚飞，王孟军，杨华丽，杨洋，
申请(专利权)人：东北大学，承德热河克罗尼仪表有限公司，承德石油高等专科学校，
类型：发明
国别省市：辽宁;21