[发明专利]一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计

说明书

技术领域

本发明属于液体流量计技术领域，涉及一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计。

背景技术

流量是生产过程、能源计量和环境保护监测等的一个重要参量。使用最早、应用最广泛的流量传感器是机械转子式的，其技术相对成熟，但由于受机械结构限制，测量误差较大。随后发展起来的电磁流量计、超声波流量计和声学多普勒流量计测量精度都较高，且使用简便，但易受电磁干扰，使用成本较高。

随着人们对光纤的深入研究和光纤应用领域的扩大，光纤传感技术代表了新一代传感器的发展趋势。基于光纤的流量计也受到人们的重视并且被大量应用。光纤流量计通常是利用流量对光信号强度、相位、波长等参量的调制作用设计而成的。与传统的流量传感器相比，光纤流量传感器具有如下优点：(1)耐高温高压，抗电磁干扰，抗环境噪声，电气绝缘性好，在易燃、易爆环境下安全可靠；(2)频带宽、动态范围广，灵敏度高，准确性高且稳定性高；(3)便于远距离测量和控制；(4)结构简单，体积小，质量轻。

目前，文献报道的光纤流量传感器有如下几种：(1)光纤涡轮流量传感器，它基于传统涡轮流量测量的原理，将周期性的反射光脉冲变为周期性的电脉冲信号，通过检测电脉冲信号的频率而得出流量；(2)光纤涡街流量传感器，它基于流体力学中卡门涡街的理论，通过检测光的强度或相位的变化从而得到涡街频率，进而得出流量；(3)光纤多普勒流速传感器，它基于光的多普勒效应，通过检测光频差而得出流量；(4)光纤小流量传感器，它基于菲涅耳拖曳效应，通过检测光的相位差而得出流量；(5)靶式光纤光栅流量传感器，它基于光纤光栅的原理，通过检测反射波长的变化量而得出流量。

在综上所述的研究中，现有技术光纤流量计是利用流量对光信号的强度和相位的调制而设计的，而光强和相位受环境影响较大，实际应用中很难准确检测；而靶式光纤光栅流量计通过光纤光栅的波长漂移检测流量精度比较高，但是光纤光栅同时对温度和应变等敏感，所以大大降低了该流量计的实用性，限制了其在实际工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光纤流量计检测精确度低，受外界环境影响等问题，提出一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计，结构简单，检测精确，抗干扰性强。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计，其特征在于，包括入射光纤、3-dB耦合器、出射光纤、光子晶体光纤、锥形流量管和受力物；3-dB耦合器一边的两个端口分别与入射光纤以及出射光纤连接，3-dB耦合器另一边的两个端口分别与光子晶体光纤的上端以及光子晶体光纤的下端连接，锥形流量管贯穿整根光子晶体光纤，受力物固定于光子晶体光纤的下端。

本发明所具有的优点为：一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计，通过检测光纤环镜的干涉谷的波长，实现对流量大小的检测。由于本发明是基于波长检测，所以检测精确度较高；同时本发明采用光子晶体光纤，光子晶体光纤具有对温度和折射率不敏感等优点，所以本发明具有很强的抗外界环境干扰性；此外本发明结构简单，易于生产，具有潜在的实用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种基于光纤环镜的光子晶体光纤液体流量计，其特征在于，包括入射光纤1、3-dB耦合器2、出射光纤3、光子晶体光纤4、锥形流量管5和受力物6；3-dB耦合器2一边的两个端口分别与入射光纤1以及出射光纤3连接，3-dB耦合器2另一边的两个端口分别与光子晶体光纤4的上端以及光子晶体光纤4的下端连接，锥形流量管5贯穿整根光子晶体光纤4，受力物6固定于光子晶体光纤4的下端。

本发明基于以下原理：

在光纤环镜中，入射光由3-dB耦合器分为两个相向传输的光信号，两束光经过整个光纤环境再次到达3-dB耦合器后输出。入射光由3-dB耦合器分为两个反向传输的光信号，两束光经过光子晶体光纤后产生相位延迟δ：

δ＝2πBL/λ

其中B为光子晶体光纤的群速度折射率差，L为光子晶体光纤的长度，λ为入射光波长。当两束光通过整个光纤环镜后发生干涉，出射光呈明显的干涉条纹。

当液体流经锥形流量管时，受力物受到液体的压强作用，其中液体压强大小取决于液体流量大小；从而液体流量大小通过受力物作用于光子晶体光纤。光子晶体光纤受到力后B和L发生变化，直接导致δ也发生变化，从而干涉谱发生漂移。所以可以通过检测干涉谷波长实现对流量大小的传感，且检测精度较高。

本实施例中，采用的是高双折射率的光子晶体光纤，长度为6cm，其群速度折射率差为8.65×10^-4。由于光子晶体光纤是一种新型光纤，对外界温度和折射率变化都不敏感。所以基于光子晶体光纤的流量计有着很好的抗外界干扰性能。本发明具有检测精确度高，抗外界环境干扰性高，结构简单，易于生产等优点，具有很大潜在的实用价值。