[发明专利]靶式光纤光栅流速计

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有温度补偿功能的光纤光栅流速传感器，特别是一种能测量内径或宽窄可变的管道或者夹缝中流速的靶式光纤光栅流速计。

背景技术

光纤光栅是一种对温度和应变敏感的光学无源器件，它不仅继承了普通光纤传感器的许多优点：如灵敏度高、响应速度快、动态范围宽、重量轻、结构紧凑、使用灵活、抗腐蚀、耐高温、不受电磁干扰、可在矿井、油田以及油罐等恶劣、易爆、高危险环境中工作。同时，光纤光栅传感器还有一些明显优于普通光纤传感器的特点：如带宽范围大、附加损耗小；传感头结构简单、体积小、重量轻、器件微型化；与光纤兼容，易与光纤系统连接，耦合性好测量信息采用波长编码，不受光强波动、损耗等因素的影响，抗干扰能力强；便于复用、可构成光纤传感网络，实现多点、分布式传感等，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，具有良好的实用性。

目前在需要测量管道流速、坡面径流流速等工程应用中，多采用电类流速传感器。传统的电类流速传感器精度低，体积大，防水性能差，易受电磁干扰，而且大多仅限于对管道内部的流速测量，无法对测量细小夹缝以及坡面的径流流速进行在线监测。而利用超声波的流速测量仪及利用声学多普勒效应的流速仪等，其测量精度虽然较高，但其成本高且易受电磁波干扰，严重限制了其在工程中的广泛应用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种测量体积小，精度高，防水性能好，抗电磁干扰，并且可对管道、夹缝等不同环境下进行实时监测的靶式光纤光栅流速计。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种靶式光纤光栅流速计，它包括壳体，壳体一端连接测量接头，壳体的另一端设有端盖；端盖上安装固定金属片，固定金属片与悬臂梁连接，悬臂梁上设有测量光栅，测量光栅与光纤连接，光纤穿过端盖；悬臂梁的末端设有金属靶片，金属靶片置于测量接头内，在悬臂梁上设有密封装置。

所述测量接头为内径可变的可拆卸三通，它与壳体螺纹连接，连接处设有O型密封圈。

所述端盖上设有十字形孔和螺丝孔，固定金属片设置在十字形孔内，光纤也从其中穿出；同时固定金属片通过螺丝孔用螺丝固定在端盖上，端盖与壳体间螺纹连接，连接处设有O型密封圈。

所述悬臂梁为等强度悬臂梁。

所述测量光栅为双光纤光栅，它们对称的粘贴在悬臂梁的两侧中部。

所述密封装置为锥形软橡胶膜，橡胶膜的一端与壳体连接，另一端套在悬臂梁上并密封。

本发明的靶式光纤光栅流速计，包括壳体，壳体一端连接内径可变的可拆卸三通，壳体的另一端设有带十字形孔和螺丝孔的端盖，十字形孔内设有固定金属片，金属片上连接有等强度悬臂梁。双光纤光栅对称的粘贴在悬臂梁的两侧，悬臂梁的另一端直接与圆形金属靶片固定连接，靶片大小可根据测量需要更换。在悬臂梁上套有锥形软橡胶膜，橡胶膜的一端与壳体内部的卡槽密封连接，另一端套在悬臂梁上并密封。测量光栅通过光纤从端盖的十字形孔中引出。

在使用时，靶片正对水流方向，直接感受与水流流速成确定关系冲击力，并将该力转化成集中力作用于等强度悬臂梁，使等强度悬臂梁产生形变，带动粘贴于悬臂梁上的光纤光栅发生变化，使光纤光栅在拉压力作用下中心波长发生漂移。采用差分形式的双光纤布拉格光栅结构，改善敏感度并且进行温度补偿。使用波长解调仪检测光纤光栅的中心波长，并由软件采集存储数据，得到与流速变化成对应关系的波长的变化量。

本发明的有益效果是：它基于全光信号设计，无电子器件，不存在电火花隐患，抗电磁干扰，结构简单，防水性能良好。本发明采用等强度悬臂梁和双测量光栅，提高了测量精度并实现温度补偿。本发明便于组网，可以实现准分布式实时监测。

附图说明

图1为本发明光纤光栅流速计的正视剖面图；

图2为本发明光纤光栅流速计的侧视剖面图；

图3a为本发明所测的流速平方与测量光栅中心波长关系曲线图；

图3b为本发明所测的流速平方与测量光栅中心波长关系曲线图；

图4为本发明所测的流速平方与测量光栅中心波长关系曲线图；

图5为本发明所测的流速拟合曲线与实际流速拟合曲线图。

其中1.壳体，2.螺丝孔，3.端盖，4.三通，5.金属靶片，6.锥形橡胶膜，7.悬臂梁，8.测量光栅，9.固定金属片。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。