[发明专利]一种涡轮光学传感器及基于该传感器的涡轮光学流量计

说明书

本发明公开了一种涡轮光学传感器及基于该传感器的涡轮光学流量计，所述光学传感器，包括光信号发射单元、位于涡轮轴体上的光路调节装置和光信号检测单元，光信号发射单元和光信号检测单元可以分别位于光路调节装置的两侧，也可以位于同一侧，光信号发射单元用于发出光信号，光路调节装置在涡轮轴体旋转过程中对光信号进行周期性的遮挡和放通或反射，光信号检测单元用于接收光信号发射单元发出的且未被光路调节装置遮挡的光信号，或接收被光路调节装置反射的光信号；所述涡轮轴体上固连涡轮。本发明的传感器具有检测速度快、精度高、安装和使用方便的优点，可方便地用于石油、化工和标准检定等领域，尤其适用于医疗生化应用对一次性流体管道使用的需求。

技术领域

本发明涉及一种流体流量检测监控装置，特别是一种涡轮光学传感器及基于该传感器的涡轮光学流量计。

背景技术

涡轮流量计是一种常用流量计。在涡轮流量计中，涡轮结构主要用作流体的流速传感器，其工作原理是利用流体驱动涡轮转动的特性，通过涡轮流速传感器检测流体的流速，根据涡轮转速及流体管道物理参数和流体的流体特征参数计算出流体的速度及其流量。其中，涡轮流速传感器(本专利以下部分将简称为涡轮传感器)是涡轮流量计的关键部件。

涡轮传感器主流是涡轮磁感应传感器(或称涡轮磁电转换传感器)。其工作原理为，流体管道外侧配置有产生磁场的装置，被测流体驱动涡轮转动时，涡轮叶片切割该磁场中的磁力线，产生与此相应的电脉冲信号，该脉冲信号的频率与涡轮转速成比例，根据脉冲频率和管道参数以及流体物理特征参数，就可以计算出流体流速和流量。

涡轮磁感应传感器需要涡轮叶片为导磁材料制成，或叶片表面敷覆导磁材料，使得这种结构存在材料、加工和维护成本高，质量和精度不容易稳定，对电磁环境和被测流体的腐蚀性要求较高的问题。

另一种涡轮传感器是光电传感器结构。涡轮光电传感器主要有两种结构，一种结构是涡轮轴向和被测流体的流速方向一致，这种方式通常利用光纤采集涡轮叶片的反射光来计算涡轮转速；另一种结构是涡轮轴向跟被测流体的流速方向垂直，流体从涡轮的切向推动涡轮转动，而涡轮叶片转动时对光路产生周期性阻隔和开放，从而产生周期性光电信号，并据以计算流速和流量。本专利以下将前者简称为涡轮反射式光纤传感器，将后者简称为涡轮切向光电传感器。

涡轮反射式光纤传感器将光纤预设于流体管道，要求涡轮叶片能反射光，这不仅对叶片表面材质有较高的要求，还因为叶片表面不直接垂直于光纤传输方向，反射光强度比较低，对光源信号强度和光接收器灵敏度有较高要求；此外，涡轮叶片附近是流体密度变化最大的区域，这个流体密度的变化对光信号检测带来更多要求。这些，都会导致材料、制造、器件成本的提高。

涡轮切向光电传感器在使用中，只有部分涡轮叶片受到流体的推动，与轴向涡轮结构相比，涡轮受力往往较小，这对流量较小的流体检测，准确度和精度容易受到影响。为减少这些影响，可以改建流体管道内的构造，比如通过增加喷嘴来调节流量，这不但增加制造成本，还容易影响流体特征，对检测产生另外的影响。

此外，基于上述涡轮磁感应传感器、涡轮反射式光纤传感器、涡轮切向光电传感器的涡轮流量计，都是将传感器固定于流量计本体，不但材料和制造成本高，维护尤其是更换成本也高。

在医疗和生化检测应用方面，为了健康或诊断和检测的准确性，有些流体管道不允许重复使用。在这些领域，前述涡轮流量计使用条件等方面都有很多限制或非常不方便，使用成本比较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种涡轮光学传感器及基于该传感器的涡轮光学流量计。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种涡轮光学传感器，包括光信号发射单元、位于涡轮轴体上的光路调节装置和光信号检测单元；