[发明专利]一种全光学化的流体质量流量监测装置和方法

权利要求书

1.一种全光学化的流体质量流量监测装置，其特征在于，包括加热光源、检测光源、第一滤波式波分复用器、传感单元和光谱分析设备，第一滤波式波分复用器分别与检测光源、加热光源和传感单元连接，传感单元与光谱分析设备相连；所述传感单元为单模光纤-光热光纤-单模光纤的复合结构，在两段单模光纤上都刻写有光纤光栅，形成法布里-珀罗腔，光热光纤为共振腔；工作时，加热光源发出的加热光经第一滤波式波分复用器后被传感单元中的光热光纤吸收，检测光源发出的光经过第一滤波式波分复用器后进入传感单元，然后透射光进入光谱分析设备；

所述流体质量流量监测装置包括若干个干涉峰波长位置不一样的传感单元，传感单元放置在若干个监控点，各个传感单元之间通过光纤串联。

2.根据权利要求1所述的全光学化的流体质量流量监测装置，其特征在于，所述传感单元与光谱分析设备之间还设置一第二滤波式波分复用器，该第二滤波式波分复用器包括一能量输出端口，未被光热光纤吸收的加热光经能量输出端口离开监测装置，透射光经第二滤波式波分复用器进入光谱分析设备。

3.根据权利要求1所述的全光学化的流体质量流量监测装置，其特征在于，所述光热光纤长度不超过2mm。

4.根据权利要求1所述的全光学化的流体质量流量监测装置，其特征在于，所述光纤光栅为光纤布拉格光栅，其长度为2mm到6mm。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的全光学化的流体质量流量监测装置的监测方法，其特征在于，传感单元上的光热光纤在吸收加热光源发出的光能后温度上升，上升到预定温度后保持稳定；待测流体流经传感单元并带走热量，使得法布里-珀罗腔的有效腔长发生变化并引起干涉峰的漂移，检测干涉峰漂移量，通过数据标定，最终计算得到当前流体的质量流量。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将传感单元放置于待测流体流通的管道中；

(2)开启加热光源和检测光源，传感单元上的光热光纤吸收加热光源发出的光能，在待测流体处于静止状态下使得传感单元的温度上升到一预定温度后保持稳定，当待测流体流经传感单元时，带走传感单元的热量并引起其温度的变化，使得法布里-珀罗腔的有效腔长发生变化并引起干涉峰波长的漂移；检测光源发出的光经过第一滤波式波分复用器进入传感单元，然后透射光经第二滤波式波分复用器进入光谱分析设备；所述加热光源的波长设置在光热光纤的吸收带内，并且不覆盖光纤光栅的特征反射波长，检测光源的波长范围覆盖光纤光栅的特征反射波长；

(3)光谱分析设备检测经传感单元后的透射光谱，得到干涉峰漂移量，通过数据标定，最终计算得到当前流体的质量流量。

7.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，通过调节加热光源的功率或者改变光热光纤的光热吸收系数来调节流体质量流量监测的灵敏度。