[发明专利]非接触式光纤测量流量的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子测量技术领域的光纤流量计，特别涉及一种非接触式光纤测量流量的装置与方法。

背景技术

  流量测量是现代工业生产的重要依据，尤其是在石油化工领域，流量的测量可以为油气管道检测、生产井动态监测以及具有防腐、防爆、高温高压等复杂环境的石油生产和传输特性提供极其重要的参数。其测量方法不外乎接触式与非接触式两大类，现有的接触式与非接触式测量方法，如节流式流量计的节流件、涡轮流量计的涡轮、电磁流量计的电极等，这类流量计为流量测量，特别是为石油生产和传输的流量测量做出了贡献，但其同时存在着如下的缺点或不足：①流量仪表的传感元件与被测流体接触，与流体接触的检测元件不仅会造成压力损失，破坏管流原来的流场；②一般是永久性地接入系统中，只能测量某固定部位的流量；③流量仪表的传感元件本身易受到流体冲击、磨损，甚至腐蚀；④安装拆卸不方便，安装与拆卸时，易引起泄漏、损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式光纤测量流量的装置与方法，主要采用光栅、传感光纤、光纤、环行器、光源、光纤干涉仪、管道的组合结构，基于非接触式测量管道振动的原理，也就是流体流过管壁时会产生动态压力，而管壁振动加速度与平均流量之间具有一定的关系，使用光栅干涉技术将振动加速度监测转化为光相位监测，再采用相位载波技术PGC解调出相应的相位信息，即可实现非接触式的流量监测，同时有效地克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足。

本发明所述的非接触式光纤测量流量的装置，包括光栅、传感光纤、光纤、环行器、光源、干涉仪、管道。所述传感光纤安装于管道上，传感光纤的一端顺次与光栅、光纤、环行器、光源相连接，另一端连接光栅，干涉仪与环行器相连接。

其中，所述干涉仪通过环行器与光源相连通，通过环行器的输出端与光纤、光栅、传感光纤相连通。所述传感光纤一端与光栅相连接，另一端与光栅或反射镜相连通。

非接触式光纤测量流量的装置测量流量的方法，所述传感光纤缠绕在管道的外表面，光栅分别连接于传感光纤的两边，构成感应单元，光源发出的光自感应单元前端进入，依据管道内的流体流过管壁时产生的动态压力、管壁的振动加速度与平均流量成正比，光栅干涉技术将振动加速度的监测转化为光相位的监测，采用相位载波技术（PGC）对相位信息进行解调处理，即可实现非接触式的流量监测。

其中，在待测流场管道外表面缠绕的传感光纤不接触管道内的流体，采用Mach-Zender、Michelson、Fabry-Peort等干涉技术或相位干涉技术实现对管道流量的测量。所述待测流场管道外表面缠绕的传感光纤的长度至少为管道直径的100倍以上，规则地缠绕在管道的外壁，构成高灵敏感应单元。所述传感光纤的左右两端光栅的中心波长具有高匹配性，每个光栅的反射率低于50%。使用双光栅干涉技术，对管道振动引起管壁的变形检测光在感应单元处的相位变化，继而得到待测流场的流量。所述光源为单模窄线宽DFB激光器，该激光器带有内置的热电冷却器和电热调节器，能够很好的消除外界环境温度对输出激光的影响。

所述非接触式光纤测量流量的装置测量流量的方法，还可以应用于油井现场流量测量：井下光缆一端与光电解调及数据采集系统相连接，另一端通过井口穿越器下入井下套管中，穿过封隔器与感应单元相连接，感应单元下顺次连接分层开关和盲堵。感应单元上顺次与封隔器、分层开关、感应单元、封隔器、筛管、井下泵、管道相连接，感应单元中包含光栅和传感光纤。测试时，光源置于光电解调及数据采集系统中，其发射的光信号，由井下光缆传至井下的感应单元。感应单元中包含光栅和传感光纤，光信号携带感应单元所在位置处的流量信号，经光栅反射传输至地面的光电解调及数据采集系统，再经数据处理系统解释后，得到具体的流量参数值。

本发明现有技术相比较具有如下优点：

1、采用光纤非接触式测量方法进行流量测试，不干扰流场；

2、非电测量、传感器不受电磁干扰；

3、能实时连续遥测，由于检测的是相位信号，故不受光源波动、温度变化等因素的影响；

4、特别适合在如石油、煤矿类防爆、高温高压及腐蚀环境下的井下及管道流体流量的测试，安全可靠；

5、检测元件不与被测流体接触，不干扰原来流体的流动状态，不会造成节流压力损失，节约能量，因而可用来测量腐蚀性流体的流量，且可实现多点测量；

6、具有结构简单，无电气操作，无可动元件，适合高温高压或易燃易爆场合的流量测量。

附图说明

图1为本发明的一种实施例结构示意图。