一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，整个装置由宽带光源、光纤环行器、文丘里结构、级联FBG1和FBG2以及光谱仪构成；当待测微流体流经文丘里结构时，级联FBG1和FBG2由于位置不同，感受微流体带来的压力也不同，进而导致级联FBG1和FBG2的中心波长相对位置发生改变；不同的流量带来不同的变化，通过变化可以反推出待测流量的大小；本实用新型专利技术的优点在于：仅借助于文丘里结构的压差构造，通过级联FBG1和FBG2就可以实现对微流量的高精度测量，该方法充分利用了光纤的抗电磁干扰、测量精度高等优点，可用在生物体液、化学试剂和医用液体等领域的微流量测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置
本技术属于光纤传感领域和流量测量领域，具体涉及到一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置。该方法比传统文丘里流量计测量精度高且结构简单、操作方便，可用在生物体液、化学试剂和医用液体领域的微流量测量中。
技术介绍
近年来，随着生物、化学、材料等领域地不断发展，对流量测量的精度、范围等参数要求越来越高，亟需寻找一种高精度、实时在线的流量计。目前的流量测量方法大都采用文丘里流量计来实现，常用的文丘里流量计主要包括内藏式文丘里流量计和插入式文丘里流量计，这两种文丘里流量计原理均是采用压力计测量管内压差的方法来实现流体流量的计量。由于管内压差需要用差压变送器来实现差压信号到电信号的转变，而差压变送器存在着稳定性差、量程小和精度低等缺点，会导致实际流量测量中受到限制。本技术提出了一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，该装置测量精确度高，结构简单，易于操作，重复性好，适合对生物，化学等领域的微流体流量方面的测量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种测量精确度高，结构简单，易于操作基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置。本技术采用的技术方案为：一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，包括宽带光源，光纤环行器，文丘里结构、FBG1、FBG2和光谱仪；宽带光源的输出端与光纤环行器的输入端相连，光纤环行器的第一输出端与FBG1的输入端相连，FBG1的输出端和FBG2相连，光纤环行器的第二输出端与光谱仪的输入端相连。所述的一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，其特征在于：FBG1和FBG2分别放置在文丘里结构的入口和喉管处。所述的一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，其特征在于：FBG1与FBG2级联，即一根光纤上分别写入两段相同的栅区，中心波长相同，在1550nm处，栅区长度为1mm，FBG1与FBG2之间的距离不小于文丘里结构入口和喉管之间的间距。本技术的工作原理是：宽带光源发出的光经过光纤环行器后由FBG1的输入端进入级联FBG的传感结构，被外界流量调制的光信号经过光纤环形器的第二输出端进入光谱仪进行监控。上述的文丘里结构，其特征是没有传统文丘里流量计的差压变送器，仅在内部放置参数相同的级联FBG1和FBG2。当待测微流体流经文丘里结构入口和喉管时，在这两处的光栅由于感受不同的流体压力，使得中心波长的相对位置发生漂移，通过监控输出光谱漂移量的变化从而获得微流体流量的大小。本技术的有益效果在于：本技术仅通过将级联FBG1和FBG2与文丘里结构组成传感结构，就能够实现微流体流量的测量，克服了传统文丘里流量计测量流体流量精确度低和误差大等缺点。与传统文丘里流量计的流量测量方法相比，本技术对于电磁干扰环境中的微流量测量的适用范围更为广泛，且测量精度高，结构简单，成本低。附图说明图1为基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步描述。参见图1所示，一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，包括宽带光源(1)、光纤环行器(2)、文丘里结构(3)、FBG1(4)、FBG2(5)和光谱仪(6)；宽带光源(1)的输出端与光纤环行器(2)的输入端相连，光纤环行器(2)的第一输出端与文丘里结构(3)内的FBG1(4)和FBG2(5)相连，光纤环行器(2)的第二输出端与光谱仪(6)的输入端相连。上述的文丘里结构，其特征是没有传统文丘里流量计的差压变送器，而是在内部放置参数相同的级联FBG1和FBG2，当待测微流体流经文丘里结构时，流体会先后经过两个栅区，级联FBG1和FBG2在微流体压力的作用下，使得中心波长发生相对位置，形成波长漂移。级联FBG1和FBG2中心波长的会随着微流体流量的不同而变化，即中心波长会发生漂移，最终导致输出光谱的变化，通过光谱的变化可以得出微流体流量的大小。本技术基于以下原理：假设FBG处于一个均匀的横向压力场P中，相对波长漂移与压力改变ΔP的关系可表示为：式中：v是光纤材料的泊松比，λB为布拉格中心波长，E是光纤材料的杨氏模量，P11和P12为光纤应变张量的分量。由于上式右侧除ΔP外其余项为常数，故可简写成式(2)δλ＝KΔP(2)其中K为产生的压强ΔP遵循流体机械能守恒定律，公式表示如下：式中：D为文丘里管结构的半径，W为微流体的流速，ρ为微流体密度。再将(2)式带入(4)式中，并进行微分可以得到微流速变化与光谱的关系如下：自此，我们通过(5)式得到了微流速变化与光谱的关系，只要通过记录光谱仪显示的波长漂移就能够得出待测微流体的流量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，其特征是包括宽带光源(1)、光纤环行器(2)、文丘里结构(3)、FBG1(4)、FBG2(5)和光谱仪(6)；宽带光源(1)的输出端与光纤环行器(2)的输入端相连，光纤环行器(2)的第一输出端与FBG1(4)的输入端相连，FBG1(4)的输出端和FBG2(5)相连，光纤环行器(2)的第二输出端与光谱仪(6)的输入端相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于文丘里结构的级联FBG微流量测量装置，其特征是包括宽带光源(1)、光纤环行器(2)、文丘里结构(3)、FBG1(4)、FBG2(5)和光谱仪(6)；宽带光源(1)的输出端与光纤环行器(2)的输入端相连，光纤环行器(2)的第一输出端与FBG1(4)的输入端相连，FBG1(4)的输出端和FBG2(5)相连，光纤环行器(2)的第二输出端与光谱仪(6)的输入端相连。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯德文，康娟，王小蕾，赵春柳，董新永，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33