[实用新型]光纤光栅涡轮流量计

说明书

技术领域

本实用新型涉及流量测量领域，特别是一种光纤光栅涡轮流量计。

背景技术

涡轮流量计根据叶轮转速与流体流速成比例的原理测量流量。由于其压损小，精度高，现已广泛应用于石油、化工、科研和计量等领域。

基于光纤检测原理的涡轮流量计无电磁阻力，测量下限低，具有较宽的量程。尽管上世纪80年代就提出了基于光纤原理的小口径涡轮流量计(专利号87201119)，其后也有此方面的相关研究(专利号200720017049.3)，但这些方案中的光纤传感器均属于强度或相位调制型光纤，光纤只是传光元件，不是敏感元件。其最大的弊端在于光源的强度和相位易受现场因素影响，例如介质的透明度会影响光源强度，杂质颗粒会对光信号产生散射，影响其相位，导致信号误检测。这也是光纤式涡轮流量计目前尚未在工业现场普及的原因之一。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种光纤光栅涡轮流量计。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种光纤光栅涡轮流量计，包括表体，叶轮轴横向插入表体内，叶轮套装在叶轮轴中部，前导向架和后导向架分别与轴套形成配合套接在叶轮轴的前后两端并通过固定在表体上的压环压住与表体形成固定结构，与后导向架配合的轴套内端面上设有耐磨弹性膜片，且光纤布拉格光栅传感器通过耦合剂粘贴在耐磨弹性膜片的表面上，光纤布拉格光栅传感器的引线穿过后导向架和表体向外伸出。

所述压环采用螺纹的方式与表体固定连接。

所述光纤布拉格光栅传感器采用的是光纤布拉格光栅。

所述导向架和叶轮均采用不锈钢材料制作。

所述叶轮轴和轴套是采用硬质合金制作的。

利用本实用新型的技术方案制作的光纤光栅涡轮流量计，与传统磁电检测原理(如磁阻式、霍尔式等)的涡轮流量计相比，由于步受电磁阻力的影响，其流量特性具有更宽的线性范围，尤其是在小流量时，比磁电式流量计有更高的灵敏度；叶轮材质不仅可以采用抗腐蚀性较差的导磁材料来制作，还可以采用防腐性能更高的非导磁不锈钢来制作，降低了加工要求，节约了制作成本。

附图说明

图1是本实用新型所述光纤光栅涡轮流量计的结构示意图；

图2是本实用新型所述与后导向架配合的轴套的端面结构图；

图3是本实用新型所述匹配调节系统的原理示意图；

图中，1、光纤布拉格光栅传感器；2、耐磨弹性膜片；3、叶轮；4、前导向架；5、表体；6、后导向架；7、压环；8、叶轮轴；9、轴套；10、引线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，如图1是本实用新型所述光纤光栅涡轮流量计的结构示意图，图2是该光纤光栅涡轮流量计的解剖结构图，如图所示，一种光纤光栅涡轮流量计，包括表体5，叶轮轴8横向插入表体内，叶轮3套装在叶轮轴中部，前导向架4和后导向架6分别与轴套9形成配合套接在叶轮轴的前后两端并通过固定在表体上的压环7压住与表体形成固定结构，与后导向架配合的轴套内端面上设有耐磨弹性膜片2，且光纤布拉格光栅传感器1通过耦合剂粘贴在耐磨弹性膜片的表面上，光纤布拉格光栅传感器的引线10穿过后导向架和表体向外伸出。其中，所述压环采用螺纹的方式与表体固定连接；所述光纤布拉格光栅传感器采用的是光纤布拉格光栅；所述导向架和叶轮均采用不锈钢材料制作；所述叶轮轴和轴套是采用硬质合金制作的。

本技术方案的检测原理为：流速越高，叶轮的转动惯量越大，其轴向端面的应力和应变也越大，粘贴在弹性膜片上的光栅周期随之变大。根据波长调制型光纤传感器的数学模型，λ＝2n_effΛ式中λ为中心波长，n_eff为线芯的有效折射率，Λ为光栅周期，只要检测出接收光源波长相对于中心波长的漂移就可间接测得流速。

本实用新型中的表体、导向架和叶轮均使用不锈钢材质，叶轮轮轴及轴套使用硬质合金，后导向架轴套端面选用杨氏模量小且耐磨的弹性膜片，应变灵敏度高。传感器使用光纤布拉格光栅，工艺成熟，成本低。叶轮转速变化引起的光源波长漂移由图3所示匹配解调系统来检测。