[发明专利]一种井下光纤涡街流量计

权利要求书

1.一种井下光纤涡街流量计，它包括光纤光栅解调仪(13)，所述一种井下光纤涡街流量计还包括壳体(1)、中心管(2)、上接头(4)、下接头(5)、铠装光缆(6)、探头(8)、压板(9)、中心轴(10)、光纤光栅(11)和涡街发生体(12)，上接头(4)、中心管(2)、下接头(5)由上至下依次连接，壳体(1)套装在中心管(2)的外侧壁上，涡街发生体(12)设置在中心管(2)内，中心管(2)外侧壁的中部开有通孔(7)，探头(8)通过压板(9)安装在通孔(7)内，中心轴(10)插装在探头(8)内，光纤光栅(11)设置在中心轴(10)内，铠装光缆(6)的一端与光纤光栅(11)连接，铠装光缆(6)的另一端与光纤光栅解调仪(13)连接，其特征在于：利用一种井下光纤涡街流量计进行井下流量测量的方法，具体步骤如下：

步骤一、计算流量：其中漩涡频率与流经涡街发生体(12)两侧的平均流速U₁之间关系可表示为：

f＝S_rU₁/d ①，

公式①中f表示漩涡频率，S_r表示斯特劳哈尔数，U₁表示涡街发生体(12)两侧的平均流速，d表示涡街发生体(12)迎流面的宽度；

根据流体连续性定理：

U₁＝U/m ②，

公式②中U表示测量管内的平均流速，m表示涡街发生体(12)两侧弓形面积与管道横截面面积之比；

由公式①和②得：

f＝S_rU/md ③，

测量管内瞬时体积流量为q_v，单位为m³/s，则：

由公式④可得出流量与漩涡的频率关系，公式④中D表示测量管内径；

步骤二、计算光纤光栅(11)的布拉格波长：

λ_B＝2n_effΛ ⑤，

公式⑤中n_eff表示纤芯模的有效折射率，Λ表示栅距；

当外界环境变化时，栅距Λ和纤芯模的有效折射率n_eff(光弹效应)会变化，公式⑤则变为：

Δλ_B＝KΔε ⑥

公式⑥中K是灵敏度，Δε是光纤光栅受到应变的变化量，当涡街以频率f不断击打探头(8)两侧扁平部分时，带动中心轴(10)上粘有光纤光栅(11)的一侧不断拉伸和压缩，这种拉伸和压缩导致光纤光栅(11)受到周期性的拉应变和压应变，导致布拉格波长也以频率f产生波长最大值和波长最小值，由光纤光栅解调仪(13)解调出波长值，再用软件将波长最大值、最小值在一定时间内出现的次数算出来得到频率，进而算出流量。

2.根据权利要求1所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：所述一种井下光纤涡街流量计还包括两个第一密封圈(3-1)和两个第二密封圈(3-2)，上接头(4)与壳体(1)上端连接处设有两个第一密封圈(3-1)，下接头(5)与壳体(1)下端连接处设有两个第二密封圈(3-2)。

3.根据权利要求1或2所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：涡街发生体(12)的横截面为等腰三角形去掉三个角后的多边形，涡街发生体(12)是316L不锈钢制作的。

4.根据权利要求1或2所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：探头(8)的内部为圆柱形腔体，探头(8)的下部为扁平状，探头(8)是由316L不锈钢制作的。

5.根据权利要求1或2所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：中心轴(10)是316L不锈钢制作的片状结构。

6.根据权利要求1或2所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：探头(8)的外侧壁与通孔(7)的内侧壁之间通过胶密封连接。

7.根据权利要求1或2所述一种井下光纤涡街流量计，其特征在于：光纤光栅(11)的中心波长的取值范围为1525nm～1605nm，光纤光栅(11)的外部涂敷耐高温材料。