[发明专利]一种高灵敏度光纤光栅流速传感器

说明书

本发明公开了一种高灵敏度光纤光栅流速传感器，该传感器主要由圆筒(1)，以及安装在圆筒(1)内的光栅基座(2)、阻流靶(7)和限位装置组成；光栅基座(2)内安装有光纤光栅(4)，光栅(4)两端固定，中间悬空；阻流靶(7)上的压针(8)，压在悬空拉紧的光栅(4)中点。流体冲击阻流靶(7)，阻流靶压针(8)压拉紧的光栅(4)中点。本发明传感器最小测量值和灵敏度都在每秒零点几毫米量级。

技术领域

本发明涉及一种用于测量流体流速和流量的光纤光栅传感器，特别是一种高灵敏度光纤光栅流速传感器。

背景技术

流体的流速和流量是相关的，在一定的条件下是可以换算的。流速和流量是工业生产过程、能源计量、环境保护监测、水工及河工模型试验中的重要参量，流速/流量传感器是流体参量检测中不可缺少的装置。流速/流量传感器所采用的技术有许多种，例如：机械转子技术、超声波技术、电磁波技术、声学多普勒效应、霍尔效应等。这些流速/流量传感器都有各自的优点和缺点。由于光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、防腐蚀、抗电磁干扰、测量精度高和便于实现分布式传感等优点，因此将光纤光栅技术应用于流体流速/流量测量成为一个研究方向。例如：基于汾丘里管结构的光纤光栅流速传感器(光学学报，2006，26(8):136-139)；基于涡街原理的光纤光栅流量传感器(传感技术学报，2006,19(4):1195-1197)；基于V型内锥式的光纤光栅流量传感器(仪器仪表用户，2008,15(4):5911-7911)；多种基于阻流靶的光纤光栅流速传感器(Measurement，2005,38(3):230-235；应用光学，2006,27(3):228-231；传感技术学报，2010,23(4):471-474；光电子·激光，2012,23(1):1-8)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种测量流体流速和流量的光纤光栅传感器，特别是一种高灵敏度光纤光栅流速传感器。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的高灵敏度光纤光栅流速传感器，其主要由圆筒，以及安装在圆筒内的光栅基座、阻流靶和限位装置组成；

所述圆筒的外径约32mm、内径约30mm、高约15mm，筒壁上开有固定光栅基座和限位装置的螺丝孔。

所述的光栅基座外形为圆柱体，圆柱体高9-11mm，直径29-30mm；圆柱体一个圆面的中间有一直径10mm、深2mm且与光栅基座同轴的圆洞；在圆洞周围，相对中心轴对称地开有四个直径4mm的轴向通孔。

在上述开有园洞的圆面上，沿径向开有0.3mm宽的凹槽，凹槽在靠近圆洞边缘时，深0.3mm；远离圆洞，凹槽逐渐加深，在光栅基座的经向边缘，凹槽穿过光栅基座的另一面。

将一根刻有10mm长光栅的光纤，去掉光栅两边约14-16mm长的光纤涂覆层，用强力固化胶将去掉涂覆层的光纤固定在所述的凹槽中，使得光栅刚好悬空横跨圆洞经向，与光栅基座面平行，和圆洞两侧形成一个简支梁，光纤两端从光栅基座另一面引出。

所述的阻流靶为一圆片，圆片厚度为1.5-2.5mm，圆片厚度薄些好，但要保证圆片的刚性；圆片径向相对两侧开有与定位销匹配的弧形口。

所述的阻流靶圆片的一面中间沿径向固定有一根与圆片形成一体的圆柱体压针，圆柱体压针长5-7mm，直径06.-0.8mm，圆柱体压针的轴线与圆片面平行，圆柱体压针的中心对准圆片中心。

所述的光栅基座安装在圆筒中，光栅基座引出光纤的一面与圆筒一端圆面平齐，光栅基座安装光栅的一面朝着圆筒里面。

所述的阻流靶置于圆筒内，阻流靶有压针的一面对着光栅基座安装光栅的一面。

所述的限位装置由定位销和定位螺丝组成，该限位装置使得阻流靶的压针垂直靠近光栅基座的光栅，并保证阻流靶不致转动和从圆筒中脱出。