一种分体式光纤差压测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种分体式光纤差压测量装置及方法，包括有差压测量单元和压差数据处理单元。本发明专利技术通过采用分体测量的方法，利用分体的取压腔对高压低压进行分开的测量，无须使用引压管进行远距离引压，直接对被测介质进行测量，可以消除分体的取压腔不一致性的影响。将包含高压和低压信息的两个取压腔中的干涉光引入到干涉模块中产生干涉条纹，通过统计干涉条纹的信息，来获得两处测量端的差压值。高压低压两个取压腔两端能够逆向使用，正负压均可测得，能够辨别出高压端和低压端，通过条纹移动方向，自动识别压差。自动识别压差。自动识别压差。

【技术实现步骤摘要】
一种分体式光纤差压测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及压力测量领域，具体地说是一种分体式光纤差压测量装置及方法。

技术介绍

[0002]差压测量法经常在工业生产和实际生活中用来进行压力检测，尤其是在气液两相流的检测领域。
[0003]目前，传统的差压测量方法是利用引压管，将高压和低压引入到变送器中，差压式传感器中采用了高低压腔一体化的结构，在高低压中间放置测量膜片。当两个压力腔所产生的压力不同时，会导致压力膜片产生形变，转化成电信号进行输出，从而间接求出差压值。为了能够使压力腔里的压力值发生变化，需要用引压管在测量管道上进行引压，将两个不同的压力值引入到压力腔中。
[0004]现有技术中用来检测差压的传感器有电阻应变式，扩散硅压阻式，电容式电感式和压电式等。其所用的原理都是根据压力值发生改变从而导致电压值的变化来测得出差压值。
[0005]电阻差压传感器是由四个不同方向的电阻在同一个平面上惠斯通电桥，使用不同方向的压力传感器的电阻不同的变化，输出电压和压力成线性变化的原理来实现。电容式差压传感器是将感压膜片作为可动电极雨两个固定电极来组成电容，当受到压力作用时，差压传递到可动电极板，使其产生变形，从而来引起电容差的变化。电容传感器的电容量和作用在传感器上的差压成正比，与介电常数无关。压电式压力传感器则是根据压电效应，压力使晶体受到了外力的作用，产生电极化现象，从而产生电信号，通过电信号来求出所需要测量的差压值。
[0006]为了能够进行更加精确的测量，也对差压式传感器进行了创新。首先是对压阻材料进行创新，通过利用更加灵敏的压阻材料，是差压传感器在不同的领域得到了广泛的应用。深圳市水务局和南京水利水文自动化研究所利用固态压阻材料压阻效应原理，由差压传感器和单片机组成的智能流量计。北京交通大学采用纳米材料设计了一种微差压传感器，采用差压原理，实现微差压测量，广泛应用于工业控制、机械制造、生物医学工程等领域。然后就是对压力片进行设计，东北传感技术研究所针对双模片式微型差压传感器提出了由双半桥组成一种差压全桥的桥路设计，将原来的两个电桥合并成一个电桥，既节省了电阻、放大器的个数，又节省了大量的空间。
[0007]传统差压测量需要将高压和低压引入到一个传感单元，由于电阻效应，压电效应发展较为成熟，且受到两个差压的影响，这样做能使测量的准确度较高，并且在测量过程中具有较高的灵敏性。然而其缺点也很明显，就是受到引压管较大的影响，当流体中充满多相流时，引压管中的压力会受到了管中的介质较大的影响，尤其时在进行竖直管测量更加的明显。并且所安装压力腔的参数较为的复杂，无法保证两个压力腔的参数能够完全的一致，在测量的过程中会产生误差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的之一是提供一种分体式光纤差压测量装置，以解决现有装置较为复杂的问题。
[0009]本专利技术的目的之一是这样实现的：一种分体式光纤差压测量装置，其特征是，包括有差压测量单元和压差数据处理单元；
[0010]所述压差测量单元包括有：
[0011]光源，用于产生相同频率的光波；
[0012]分光镜，设置在光源后方，用于将光波相同频率的相干光分为两束；
[0013]两个取压腔，设置在管道上需要测压差的两个相邻位置处；
[0014]两个准直透镜，分别设置在两个所述取压腔的一侧，分别通过输入光纤与所述分光镜连接；
[0015]两个输入光纤，一端与所述分光镜连接，一端连接准直透镜；
[0016]两个耦合器，分别设置在两个取压腔的另一侧，分别通过输出光纤与压差数据处理单元连接；以及
[0017]两个输出光纤，一端与所述压差数据处理单元连接，另一端与耦合器连接；
[0018]所述压差数据处理单元包括有：
[0019]干涉模块，与两个输出光纤和光电探测器连接，用来产生干涉条纹，并将条纹信息传输至光电探测器；
[0020]光电探测器，与所述干涉模块和处理器连接，用来观察干涉条纹的移动以及变化，并将结果输送至处理器；
[0021]显示模块，与处理器连接，用来显示压差的数值；以及
[0022]处理器，与所述光电探测器和现实模块连接，用于对条纹信息进行处理，并将结果相显示模块输出。
[0023]进一步地，本专利技术可以按如下技术方案实现：
[0024]所述处理器包括有信号细分电路、计数电路和辨向电路，所述信号细分电路把一个条纹细分多个细条纹，所述计数电路通过统计峰值个数来确定条纹的个数，辨向电路通过信号判别条纹变化的方向，来得到待测点压力的高低大小值。
[0025]所述压差数据处理单元还包括有通讯模块和光信息远传模块，所述通讯模块与所述处理器连接，用于将处理器处理的压差信息传输到外部设备；所述光信息远传模块与干涉模块连接，用于将产生的干涉条纹传信息输到实验室端的电脑，进行远程观测。
[0026]所述取压腔与准直透镜和耦合器相连的一侧为透明材质。
[0027]所述两个取压腔的尺寸、材质完全相同。
[0028]两个所述输入光纤长度相同，两个所述输出光纤的长度相同。
[0029]本专利技术的目的之二是提供一种分体式光纤差压测量方法，以解决现有方法中测量误差较大的问题。
[0030]本专利技术的目的之一是这样实现的：一种分体式光纤差压测量方法，其特征是，包括如下步骤：
[0031]A、所述一种分体式光纤差压测量方法应用于权利要求1中所述的一种分体式光纤差压测量装置；
[0032]B、当管道内无介质时，从光源发出相同频率的光波经由分光镜分为两束具有相同频率的光波，这两束光波分别通过相同距离的输入光纤，经由准直透镜传入到不同的取压腔内，再经过取压腔上的耦合器后，经由相同距离的输出光纤将光波传输到干涉模块中汇合，产生干涉条纹，由光电检测器检测，并输送至处理器中，进行校准；
[0033]C、当有介质流过管道并进入取压腔后，取压腔中的不同压力导致介质的密度不同，从而会使得光波在取压腔中的光程发生变化，在干涉模块中的干涉条纹随之变化；
[0034]D、光电探测器将探测到的干涉模块中干涉条纹的移动和变化信息输送至处理器，处理器经过辨向和计算后，高压条纹上移P1＞P2或低压条纹下移P1＜P2，产生输出并输送至显示模块实时显示差压ΔP。
[0035]进一步地，本专利技术可以按如下技术方案实现：
[0036]在所述步骤B中，在校准过程中，由于两个取压腔内的压力相等，调整使得显示模块的显示为0。
[0037]在所述步骤D中，
[0038]取压腔内的介质压力达到P时，所对应的介质折射率n的公式为：
[0039][0040]式中，K是压强从真空变为P时所移动的条纹的个数，λ是光源所用的激光的波长，L是气室的长度。
[0041]介质折射率的变化Δn与条纹变化数ΔK成正比，所以条纹变化数ΔK与气压的变化量ΔP也成正比，由此可得
[0042][0043]将其带入到公式(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分体式光纤差压测量装置，其特征是，包括有差压测量单元和压差数据处理单元；所述压差测量单元包括有：光源，用于产生相同频率的光波；分光镜，设置在光源后方，用于将光波相同频率的相干光分为两束；两个取压腔，设置在管道上需要测压差的两个相邻位置处；两个准直透镜，分别设置在两个所述取压腔的一侧，分别通过输入光纤与所述分光镜连接；两个输入光纤，一端与所述分光镜连接，一端连接准直透镜；两个耦合器，分别设置在两个取压腔的另一侧，分别通过输出光纤与压差数据处理单元连接；以及两个输出光纤，一端与所述压差数据处理单元连接，另一端与耦合器连接；所述压差数据处理单元包括有：干涉模块，与两个输出光纤和光电探测器连接，用来产生干涉条纹，并将条纹信息传输至光电探测器；光电探测器，与所述干涉模块和处理器连接，用来观察干涉条纹的移动以及变化，并将结果输送至处理器；显示模块，与处理器连接，用来显示压差的数值；以及处理器，与所述光电探测器和现实模块连接，用于对条纹信息进行处理，并将结果相显示模块输出。2.根据权利要求1所述的分体式光纤差压测量装置，其特征是，所述处理器包括有信号细分电路、计数电路和辨向电路，所述信号细分电路把一个条纹细分多个细条纹，所述计数电路通过统计峰值个数来确定条纹的个数，辨向电路通过信号判别条纹变化的方向，来得到待测点压力的高低大小值。3.根据权利要求1所述的分体式光纤差压测量装置，其特征是，所述压差数据处理单元还包括有通讯模块和光信息远传模块，所述通讯模块与所述处理器连接，用于将处理器处理的压差信息传输到外部设备；所述光信息远传模块与干涉模块连接，用于将产生的干涉条纹传信息输到实验室端的电脑，进行远程观测。4.根据权利要求1所述的分体式光纤差压测量装置，其特征是，所述取压腔与准直透镜和耦合器相连的一侧为透明材质。5.根据权利要求1所述的分体式光纤差压测量装置，其特征是，所述两个取压腔的尺寸、材质完全相同。6.根据权利要求1所述的分体式光纤差压测量装置，其特征是，两个所述输入光纤长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立德，孙旭阳，孔恒正，李红莲，韦子辉，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：