[发明专利]一种可同时测量温度的光纤涡街流量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤涡街流量计，特别是一种采用双光纤布拉格光栅差动方法检测涡街频率并可同时测量温度的光纤涡街流量计，属流量测量及光纤传感技术领域。

背景技术

流体流量指的是单位时间内通过一定管道面积的流体数量。流量可分为体积流量和质量流量，对于某一种单一流质流量测量而言质量流量等于流体密度与体积流量的乘积。流量计依据检测方法的不同通常可分为直接法和间接法两种。直接体积流量测量法是在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量，代表性仪表主要有椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计等，测出一种体积流量后可通过与流体密度的乘积获得质量流量。间接测量法(又称速度法)的原理是通过一定手段测出管道内的平均流速，乘以管道截面积求得流体的体积流量，再进一步计算得出质量流量，主要仪表类型有节流式流量计、电磁流量计、转子流量计、涡街流量计、涡轮流量计、超声波流量计等。在这些种类的流量计中，因涡街流量计具有无运动部件、测量范围宽、精确度高、可以测量气体、液体和蒸汽的流量等特点而得到迅速的发展和应用。涡街流量计的原理是，在流体中与流体垂直方向，插入一根非流线形状物体，作为漩涡发生体，在一定的雷诺数范围内漩涡发生体的后面产生一个规则的振荡运动，即在漩涡发生体两侧将产生两列方向相反、交替出现的漩涡，即卡门涡街。在一定雷诺数范围内，流量和涡街频率成线性关系，涡街频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数仅与漩涡发生体及管道的形状尺寸有关，只要测出涡街频率即可得到体积流量。涡街流量计适用于液体、气体、蒸汽、低温介质和各种腐蚀性、放射性等不同介质的流速和流量的测量。根据涡街频率的检测方法的不同，涡街流量计又可以分为热敏式涡街流量计、电容式涡街流量计、应力式涡街流量计、超声式涡街流量计等多种。尽管检测涡街频率的原理和方法不同，上述各种形式的涡街流量计都在涡街频率的检测部分存在电信号，因此在有强电磁场存在的场合会对涡街频率的检测产生干扰，影响涡街流量计的正常使用。此外，在很多情况下，需要同时测量流体的流量和温度。普通涡街流量计只给出流量信息，要实现温度测量必须另外设置温度传感器件。

发明内容

本发明的目的是解决现有涡街流量计中涡街频率检测易受外界环境、特别是强电磁场干扰的问题，提供一种可同时测量温度的光纤涡街流量计。

本发明提供的可同时测量温度的光纤涡街流量计包括，表体，表体内设置的涡街发生体，涡街发生体两侧放置的两个光纤布拉格光栅，两个光纤布拉格光栅分别经过传输光纤连接四端环行器的第二、第三两个端口，四端环行器的第一端口连接宽带光源，四端环行器的第四端口分别连接波长解调器和光电探测器，光电探测器连接涡街信号处理器，其特征在于所述的两个光纤布拉格光栅的中心波长分别为                                                、，3dB带宽分别为、，两个光纤布拉格光栅的波长和带宽满如下关系和。

两个光纤布拉格光栅按照差动方式分别固定在涡街发生体的两侧。或是，

将两个光纤布拉格光栅按照差动方式分别固定在涡街发生体下游设置的一个变形体的两侧，构成光纤涡街传感器。

测量原理

将安装光纤布拉格光栅的涡街发生体置入待测管流中，来流作用在涡街发生体上而产生涡街，当涡街由涡街发生体脱落时，对涡街发生体产生方向交替改变的作用力，使涡街发生体产生变形。或者，

将光纤涡街传感器置入加有涡街发生体的待测管流中，光纤涡街传感器在涡街发生体的下游，来流作用在涡街发生体上而产生涡街，涡街作用在光纤涡街传感器上，使之产生变形。

固定在涡街发生体或者变形体两侧的光纤布拉格光栅之一受拉应力，其反射光波长变大；另一光纤布拉格光栅受压应力，反射光波长变小；输入的宽带光被两个光纤布拉格光栅依次反射，反射光谱重叠部分的光强度将随涡街发生体或者变形体的变形而发生变化，光强度变化的频率即为涡街脱落的频率，测量该频率可获得流量；测量反射光光谱的中心波长可获得流体的温度。

本发明的优点和积极效果：

本发明提供的光纤涡街流量计采用双光纤布拉格光栅差动方法检测涡街频率，不仅具有波长编码和波分复用等特性，还可以同时实现温度测量。此外，本发明所涉及的光纤涡街流量计还具有如下优点，包括抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全、灵敏度高、重量轻、体积小、测量对象广泛、便于多点复用和组网远程测量等。

与现有技术相比，本发明所涉及的光纤涡街流量计具有如下显著的进步：