一种准分布式流速监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种准分布式流速监测系统，涉及流速测量的技术领域，包括光纤光栅解调仪，泵浦激光器和多个热线式流速传感器探头，其中，多个热线式流速传感器探头放置于待检测流体中，且多个热线式流速传感器探头通过单模光线串联连接，光纤光栅解调仪和泵浦激光器分别通过单模光线与多个热线式流速传感器探头相连接；泵浦激光器用于发出特定波长的激光；每个热线式流速传感器探头中的传感元件用于吸收激光，并在吸收激光之后，在热线式流速传感器探头周围形成温度场；光纤光栅解调仪用于基于温度场检测出热线式流速传感器探头周围的温度，并基于温度确定待检测流体的流量，缓解了现有的流速流量测量装置结构复杂，造价高的技术问题。

A quasi distributed velocity monitoring system

The invention provides a quasi-distributed velocity monitoring system, which relates to the technical field of velocity measurement, including a fiber grating demodulator, a pump laser and a plurality of hot-wire velocity sensor probes, wherein a plurality of hot-wire velocity sensor probes are placed in the fluid to be detected and a plurality of hot-wire velocity sensor probes are through. The fiber grating demodulator and the pump laser are connected to multiple hotline flow sensor probes through a single-mode light beam in series; the pump laser is used to emit lasers of a specific wavelength; the sensor elements in each hotline flow sensor probe are used to absorb the laser, and after the laser is absorbed, The temperature field is formed around the probe of the hot-wire velocity sensor; the fiber grating demodulator is used to detect the temperature around the probe of the hot-wire velocity sensor based on the temperature field, and to determine the flow rate of the fluid to be detected based on the temperature field, which alleviates the technical problems of the complex structure and high cost of the existing flow measurement device.

【技术实现步骤摘要】
一种准分布式流速监测系统
本专利技术涉及流速测量的
，尤其是涉及一种准分布式流速监测系统。
技术介绍
流速测量在石油化工、生物医学、能源计量、环境监测等领域占据着举足轻重的地位。目前，点式流速传感器研究成果成绩显著，传感器种类多且可应用于工程应用；对于多点分布、多点实时同步测量，在许多工程项目中有着迫切需求。相较于传统电子流速流量测量仪自身存在安全隐患，易受电磁干扰等问题，光纤传感是近年来在工业界被证实的一种高精度、高可靠性、抗干扰和适用恶劣环境的新型传感技术。基于FBG的光纤传感器具有能够大规模复用的特点，即可以在一根信号传输光纤上级联多支传感器，实现多传感器或多参数测量。在一种现有的热式流速流量测量装置中，采用加热芯部，并围绕该芯部外表面放置分布式温度传感器。将该设备沿其长度浸没在一种或多种流体中，测量沿其长度的多个点处的流体周围温度，将加热芯部加热预定的加热时间，并在相同点处再次测量所述温度在每一测量点处由加热芯部引起的温度上升依赖于在该处电缆壁的热冷却，而该热冷却又依赖于该点处电缆表面周围的流体流速特征，因此可测量所述流体流速特征。但是，该装置加热芯部为电阻丝，自身带电存在一定安全隐患，同时外加光纤温度传感器，需要设置电阻丝加热装置、光纤传感光源解调装置，造成了整个装置的复杂性；同时光纤温度传感器整个封装在保护结构中，散热面积大，导致加热芯部热量损耗大，传感器灵敏度低、响应时间较长。另外一种现有的流速流量测量装置是一种基于拉曼散射的分布式流速传感器。该分布式流速传感器利用分布式光纤温度测量仪向传感光纤发射激光脉冲，脉冲与光纤分子相互作用，发生拉曼散射，根据拉曼散射光的强度与温度有关，这些光信号再通过光纤返回给分布式光纤温度测量仪，可得光纤初始温度；之后，加热装置对传感光纤进行加热，温度上升，当流体流经传感光纤时带走热量，当传感光纤温度稳定后，分布式光纤温度测量仪再次向传感光纤发射激光脉冲，测得此时传感光纤温度，最后一句温度、流速和光强信号之间的关系得到所测流速。但是，该装置较为复杂，造价高；同时，采用温度-光强-流速之间的关系转化，每个参数信号分析解调都存在一定误差，多参数造成误差积累；拉曼散射信号弱易受影响，脉冲激光同样会对传感光纤加热，造成测量误差；对于传感光纤没有具体介绍相关保护结构。第三种现有的流速流量测量装置一种速一体化复合型传感系统，可测量得到现场多点的温度、湿度以及风速参数，其中，两个测试光纤及温度参考光纤分别接入三路测量端口，泵浦激光器经由波分耦合器进入用于测量风速参数的测试光纤一，泵浦激光器用于加热测试光纤一上连接的高吸收损耗光纤段，流体流经光纤表面带走热量，依据温度与流速之间关系可得相关流速。上述专利技术将多个参数集成，传感光纤与加热机构使用同一根光纤，系统简便；但是由于光纤光栅本身脆弱，在实际应用中，未做任何防护的光纤光栅温度传感器容易受到外力的挤压和剪力而被破坏，易折易断影响使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种准分布式流速监测系统，以缓解了现有的流速流量测量装置结构复杂，造价高的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种准分布式流速监测系统，包括：光纤光栅解调仪，泵浦激光器和多个热线式流速传感器探头，其中，所述多个热线式流速传感器探头放置于待检测流体中，且所述多个热线式流速传感器探头通过单模光线串联连接，所述光纤光栅解调仪和所述泵浦激光器分别通过单模光线与所述多个热线式流速传感器探头相连接；所述泵浦激光器用于发出特定波长的激光；每个所述热线式流速传感器探头中的传感元件用于吸收所述激光，并在吸收所述激光之后，在所述热线式流速传感器探头周围形成温度场；所述光纤光栅解调仪用于基于温度场检测出所述热线式流速传感器探头周围的温度，并基于所述温度确定所述待检测流体的流量。进一步地，每个所述热线式流速传感器探头包括：传感元件和热线套管，所述传感元件封装于所述热线套管中；其中，封装有所述传感元件的热线套管的两端分别通过玻璃焊接件来进行密封，且所述传感元件的尾部与所述玻璃焊接件之间通过热熔法进行熔接固定。进一步地，所述传感元件包括以下任一种：掺钴光纤，光热转换材料。进一步地，当所述传感元件为掺钴光纤时，所述多个热线式流速传感器探头中部分或者全部热线式流速传感器探头中传感元件的衰减系数不相同；所述传感元件的衰减系数随目标距离的增大而增大，所述目标距离为热线式流速传感器探头与所述泵浦激光器之间的距离。进一步地，所述系统还包括：第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架之间采用插入式连接成U型结构，且所述第一支架和所述第二支架之间通过紧固螺钉进行紧固；其中，封装有所述传感元件并通过玻璃焊接件进行密封的热线套管，固定安装于所述第一支架和所述第二支架上。进一步地，所述系统还包括：第一卡扣和第二卡扣，其中，封装有所述传感元件并通过玻璃焊接件进行密封的热线套管的两端分别通过所述第一卡扣和所述第二卡扣，固定安装于所述第一支架和所述第二支架上。进一步地，所述第一支架，所述第二支架，所述第一卡扣和所述第二卡扣的材料均为玻璃纤维增强型聚苯硫醚PPS。进一步地，所述系统还包括：螺旋微调结构，其中，所述螺旋微调结构设置在所述第一支架和所述第二支架之间，所述螺旋微调结构用于调节所述第一支架和所述第二支架之间的距离。进一步地，所述热线套管的材料为铜材料，且所述热线套管的内径为0.3毫米，所述热线套管的外径为0.5毫米，且所述热线套管的长度与所述传感元件的长度相关联。进一步地，所述玻璃焊接件由玻璃纤维制作而成，所述玻璃焊接件一端开口用于连接热线套管，所述玻璃焊接件的另一端为凸台结构，用于固定所述热线式流速传感器探头，其中，在所述玻璃焊接件开有光纤通孔，且所述光纤通孔的直径为0.3mm。在本专利技术实施例中，通过泵浦激光器发出特定波长的激光；然后，每个热线式流速传感器探头中的传感元件吸收所述激光，并在吸收所述激光之后，在热线式流速传感器探头周围形成温度场；接下来，光纤光栅解调仪基于温度场检测出所述热线式流速传感器探头周围的温度，并基于所述温度确定所述待检测流体的流量，其中，多个热线式流速传感器探头通过单模光线串联连接，光纤光栅解调仪和泵浦激光器分别通过单模光线与多个热线式流速传感器探头相连接。在本专利技术实施例中，通过将多个热线式流速传感器探头串联连接，能够使用同一个激光光源实现多个热线式流速传感器探头对不同测试点进行测试，且该装置采用单模光纤传输，一个泵浦激光器提供功率，减少了功耗的同时，减少了造价，且适用于多种场合，进而缓解了现有的流速流量测量装置结构复杂，造价高的技术问题。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准分布式流速监测系统，其特征在于，包括：光纤光栅解调仪，泵浦激光器和多个热线式流速传感器探头，其中，所述多个热线式流速传感器探头放置于待检测流体中，且所述多个热线式流速传感器探头通过单模光线串联连接，所述光纤光栅解调仪和所述泵浦激光器分别通过单模光线与所述多个热线式流速传感器探头相连接；所述泵浦激光器用于发出特定波长的激光；每个所述热线式流速传感器探头中的传感元件用于吸收所述激光，并在吸收所述激光之后，在所述热线式流速传感器探头周围形成温度场；所述光纤光栅解调仪用于基于温度场检测出所述热线式流速传感器探头周围的温度，并基于所述温度确定所述待检测流体的流量。

【技术特征摘要】
1.一种准分布式流速监测系统，其特征在于，包括：光纤光栅解调仪，泵浦激光器和多个热线式流速传感器探头，其中，所述多个热线式流速传感器探头放置于待检测流体中，且所述多个热线式流速传感器探头通过单模光线串联连接，所述光纤光栅解调仪和所述泵浦激光器分别通过单模光线与所述多个热线式流速传感器探头相连接；所述泵浦激光器用于发出特定波长的激光；每个所述热线式流速传感器探头中的传感元件用于吸收所述激光，并在吸收所述激光之后，在所述热线式流速传感器探头周围形成温度场；所述光纤光栅解调仪用于基于温度场检测出所述热线式流速传感器探头周围的温度，并基于所述温度确定所述待检测流体的流量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述热线式流速传感器探头包括：传感元件和热线套管，所述传感元件封装于所述热线套管中；其中，封装有所述传感元件的热线套管的两端分别通过玻璃焊接件来进行密封，且所述传感元件的尾部与所述玻璃焊接件之间通过热熔法进行熔接固定。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感元件包括以下任一种：掺钴光纤，光热转换材料。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当所述传感元件为掺钴光纤时，所述多个热线式流速传感器探头中部分或者全部热线式流速传感器探头中传感元件的衰减系数不相同；所述传感元件的衰减系数随目标距离的增大而增大，所述目标距离为热线式流速传感器探头与所述泵浦激光器之间的距离。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，王纪强，赵林，侯墨语，董果风，刘统玉，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37