一种基于光纤光栅的弯管流量计制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于光纤光栅的弯管流量计，包括弯管、压强感应件和二导管，弯管的内弧侧和外弧侧的中间位置各设有一通孔，压强感应件包括空腔和将空腔平分为二子腔的金属膜，每一子腔的下端均开设有一贯孔，二贯孔对称设置，每一导管的相对两端分别固定于对应的通孔和对应的贯孔中，金属膜的表面粘附有光纤光栅，自光纤光栅引出的光纤从空腔的引出孔穿出并与解调仪连接，一密封件密封引出孔，导管的管径远小于弯管的管径，解调仪内含能够通过解码光纤光栅中的波长变化而计算出金属膜应变量的波长解码模块。本实用新型专利技术的有益效果：测量时不影响管道的流量和流场，受附加影响作用小，灵敏度高，且抗电磁干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的弯管流量计
本技术涉及流量计
，尤其涉及一种基于光纤光栅的弯管流量计。
技术介绍
在工业生产及工程应用中，流体的流量是经常需要被测量和控制的参数之一。传统的转子式流量计，由于受机械结构的限制，测量误差较大。后来发展的电磁流量计、超声波流量计和声学多普勒流量计虽然测试精度有所提高，但易受电磁干扰等因素影响，使用成本较高。光纤传感器采用光纤进行传感和传输，不存在上述问题，因此近年得到了越来越多的重视。但是目前的光纤流量计仍存在较多问题。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200910094845.0)，该流量计采用阻流靶、连杆、悬臂等一系列传递机构将流体引起的在阻流靶上的压力传递给光纤光栅，通过光栅光谱的变化测得流量。该设计的不足在于：1)阻流靶影响了原有管道内的流场和流量；2)需要增加轴封片、设置长条孔等，工艺和结构复杂，尤其是需要对连杆这一可动机构进行密封，可靠性低。张强等人同样提出“带温度补偿的光纤光栅液体流量传感器”(中国专利技术专利申请200910229030.9)，该传感器中采用“弹性舌”感受流体引起的压力，其不足在于：1)弹性舌本身同样会影响原有管道中的流量和流场特性；2)光纤光栅的方向与流体方向不平行，流体流动会对光纤光栅产生附加应力，从而影响测量精度。因此，如何使流量计不影响原管道的流量和流场，使光纤不受其它附加作用的影响并提高灵敏度，以及简化流量计的结构和工艺，成为光纤流量计目前亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种不影响管道的流量和流场、受附加影响作用小、灵敏度高且抗电磁干扰能力强的基于光纤光栅的弯管流量计。本技术的实施例提供一种基于光纤光栅的弯管流量计，包括弯管、压强感应件和二导管，所述压强感应件包括空腔和将所述空腔平分为二子腔的金属膜，一导管将所述弯管的内弧侧与其中一子腔连通，另一导管将所述弯管的外弧侧与另一子腔连通，所述金属膜的表面粘贴有光纤光栅，自所述光纤光栅引出的光纤从所述空腔的引出孔穿出并与解调仪连接，所述解调仪连接计算机，一密封件密封所述引出孔，所述二子腔间的压强差使所述金属膜变形，每一所述导管均由与所述弯管连通的取压管和与其中一所述子腔连通的引压管组成，所述取压管和所述引压管呈90°连通，二所述取压管相背延伸且位于同一直线上，二所述取压管的长短一致。进一步地，所述取压管和所述引压管的管径相同，二所述引压管的长短一致。进一步地，所述空腔为圆柱体结构，所述金属膜为圆形，其边缘固定于所述空腔的内侧壁。本技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本技术的基于光纤光栅的弯管流量计，用于流体流量的监测，通过所述波长解码模块解码所述光纤光栅中的波长变化并通过上述波长变化计算出所述金属膜的应变量，避免了所述光纤光栅中的光源的功率和能耗对测量的影响，能够延长监测时间；所述弯管的内弧侧和外弧侧分别通过二所述导管与所述压强感应件连接，采用所述导管取压，有效地避免了被测物与所述光纤光栅直接接触，从而不仅不影响所述弯管内的流量和流场，而且所述光纤光栅受附加影响作用小，极大地提高了测量灵敏度；采用所述光纤光栅来感应所述金属膜的应变量，测量精度高，且不受外界环境的干扰，而且还具有耐高温、耐高压、稳定性好、易组网、抗电磁干扰、对外界环境适应性强等特点。附图说明图1是本技术基于光纤光栅的弯管流量计的立体图；图2是图1的剖视图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本技术的实施例提供了一种基于光纤光栅的弯管流量计，用于流体流量的监测，该流体为液体或气体，该基于光纤光栅的弯管流量计包括弯管1、压强感应件2和二导管3。请参考图1和图2，所述弯管1向内弯折，因而具有弧长较短的内弧侧和弧长较长的外弧侧，所述弯管1的内弧侧和外弧侧各设有一通孔11、12，二所述通孔11、12分别位于所述内弧侧和所述外弧侧的中间位置，若所述弯管1弯折90°，则二所述通孔11、12分别位于所述内弧侧和所述外弧侧的45°处。所述弯管1中的流体靠近所述内弧侧的流速大于靠近所述外弧侧的流速，因而与所述内弧侧连接的所述通孔11处的压强大于与所述外弧侧连接的所述通孔12处的压强。请参考图1和图2，所述压强感应件2为圆柱结构，包括空腔和将所述空腔沿竖直方向平分为二子腔21、22的金属膜6，每一所述子腔21、22的下端均开设有一贯孔23，二所述贯孔23对称设置。所述金属膜6为圆形，其边缘固定于所述空腔的内侧壁。请参考图2，二所述导管3中的每一所述导管3的相对两端分别固定于对应的所述通孔11、12和对应的所述贯孔23中，所述导管3的管径远小于所述弯管1的管径。每一所述导管3均由与所述弯管1连通的取压管31和与其中一所述子腔21、22连通的引压管32组成，所述取压管31和所述引压管32呈90°连通。二所述取压管31相背延伸且位于同一直线上，二所述取压管31的长短一致。所述取压管31和所述引压管32的管径相同，二所述引压管32的长短一致。由于与所述内弧侧连接的所述通孔11处的压强大于与所述外弧侧连接的所述通孔12处的压强，定义与所述内弧侧连接的所述通孔11为第一通孔，与所述外弧侧连接的所述通孔12为第二通孔，因此，与所述第一通孔11连接的所述导管3内的流体压强大于与所述第二通孔12连接的所述导管3内的流体压强。一光纤光栅7粘附于所述金属膜6，且所述光纤光栅6粘附于所述金属膜6之前要进行相应的预拉伸。一光纤4自所述光纤光栅7引出，且从所述空腔的引出孔24穿出与解调仪5连接，所述解调仪5内含能够通过解码所述光纤光栅7中的波长变化而计算出所述金属膜6应变量的波长解码模块。定义通过对应的所述导管3与所述第一通孔11连接的所述子腔为第一子腔21，通过对应的所述导管3与所述第二通孔12连接的所述子腔为第二子腔22，由于所述第一通孔11处的压强大于所述第二通孔12处的压强，所以所述第一子腔21内的压强大于所述第二子腔22中的压强，于是所述金属膜6的相对两侧具有压强差，所述金属膜6在该压强差的作用下朝向所述第二子腔22凸起，与所述金属膜6粘附在一起的所述光纤光栅7即被拉伸。所述光纤光栅7是利用光纤材料的光敏性在其纤芯形成的空间相位光栅。当一束光进入光纤光栅时，根据光栅理论，满足Bragg条件的光波被反射。该光波波长被称为光纤光栅的中心波长λB与光栅周期A和纤芯折射率neff有关，即λB＝2neffA式中λB为所述光纤光栅7的中心波长，A为光栅周期，neff为纤芯折射率。所述光纤光栅7的基本原理是：光栅周围的温度、应变、应力或其它待测物理量发生的变化将导致光栅周期A或纤芯折射率neff发生变化，从而使所述光纤光栅7的中心波长λB产生位移ΔλB。通过检测光栅波长的位移ΔλB情况，即可获得待测物理量的变化情况。即ΔλB＝Kε·Δε+KT·ΔT式中ΔλB为中心波长产生的位移，Δε表示光栅的应变变化值，Kε为应变传感灵敏度系数，ΔT为光栅的温度变化值，KT为光纤光栅温度传感灵敏度系数。根据上述特性，首先使用所述解调仪5测量出所述光纤光栅7的波长变化，而后根据标定的应变-波长对应关系即可得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅的弯管流量计，其特征在于：包括弯管、压强感应件和二导管，所述压强感应件包括空腔和将所述空腔平分为二子腔的金属膜，一导管将所述弯管的内弧侧与其中一子腔连通，另一导管将所述弯管的外弧侧与另一子腔连通，所述金属膜的表面粘贴有光纤光栅，自所述光纤光栅引出的光纤从所述空腔的引出孔穿出并与解调仪连接，所述解调仪连接计算机，一密封件密封所述引出孔，所述二子腔间的压强差使所述金属膜变形，每一所述导管均由与所述弯管连通的取压管和与其中一所述子腔连通的引压管组成，所述取压管和所述引压管呈90°连通，二所述取压管相背延伸且位于同一直线上，二所述取压管的长短一致。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的弯管流量计，其特征在于：包括弯管、压强感应件和二导管，所述压强感应件包括空腔和将所述空腔平分为二子腔的金属膜，一导管将所述弯管的内弧侧与其中一子腔连通，另一导管将所述弯管的外弧侧与另一子腔连通，所述金属膜的表面粘贴有光纤光栅，自所述光纤光栅引出的光纤从所述空腔的引出孔穿出并与解调仪连接，所述解调仪连接计算机，一密封件密封所述引出孔，所述二子腔间的压强差使所述金属膜变形，每一所述导管...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓峰，程永进，林剑涛，祝睿雪，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42