[发明专利]一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器

说明书

技术领域

本发明属于光电子测量技术领域，涉及一种用于流体流量测量光纤光栅的传感器，特别是一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，。

背景技术

流量传感及其测量技术作为过程测量的重要组成部分，在工业生产过程自动化领域内实现被测流体流量的测量和调节，已成为确保生产过程中安全运行、降低物质消耗、提高效益及科学管理的基础。在整个过程检测仪表中，流量仪表及传感器的产值约占总市场份额的1/5至1/4。靶式流量传感器是20世纪60年代为满足石油流量计量的高要求而发展起来的一种流量计，最初主要用于测量高粘度、低雷诺数、含固体颗粒的浆液以及腐蚀性介质的流量。但传统的靶式流量传感器存在机械结构复杂、灵敏度低、量程范围窄，不能满足高精度测量的要求。近年来随着技术的进步，出现了应变式和电容式的靶式流量计，具有相对简单的结构，灵敏度和量程比也均有所提高。但由于电类传感器容易受静电及外界电磁干扰，同时还存在密封性差、结构易损、拆装及维护不便等缺点，不适于测定易燃易爆及特殊场合下的流体流量。

光纤布拉格光栅是利用纤芯中周期性的折射率分布来改变光波传播行为的光电子器件，通过特殊的结构设计和封装后，可以实现对外界特定参量进行精确测量。具有尺寸小、重量轻、易于组成分布式测试网络，且具备较强的抗电磁干扰能力等突出优点。目前的基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器也有一些公开报道，如李川，赵聪，许江淳提出的靶式光纤光栅液体流量计(发明专利，申请号：20090094845.0，公开号：CN101629836A)；禹大宽，贾振安，乔学光等提出的基于靶式和悬臂梁的FBG流量/温度同时测量研究(光电子·激光，2010，25(5)：710-713.)等。其中前者采用轴封膜片结构，密封效果较好，但结构较为复杂，不易拆装；后者采用一个三角形悬臂梁和一个矩形梁的结构分别粘贴光纤光栅，用于实现流量和温度的同时测量，但结构也较为复杂，不便维护。

发明内容

针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，克服现有电类靶式流量传感器的环境适应性较差，光纤光栅靶式流量传感器结构复杂、安装维护不便等不足，提供一种结构简单、易于密封、便于拆装维护，并可同时消除流体温度变化对流量测量带来影响的光纤布拉格光栅靶式流量传感器。

现将本发明技术解决方案叙述如下：

本发明一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，其特征在于：包括流体流量测量的主阀体、悬臂梁式阻流靶片、光纤布拉格光栅、密封端盖、O型密封圈及聚四氟乙烯垫圈；所述的光纤布拉格光栅粘贴在悬臂梁式阻流靶片的两面，光纤布拉格光栅旳尾纤穿过密封端盖的中心孔；所述的悬臂梁式阻流靶片安装在主阀体的测量通道上,其中的悬臂梁式阻流靶片的圆心与主阀体的测量通道的轴线重合；所述的主阀体上方凸台部分设计有凹槽，凹槽与密封端盖之间装有0型密封圈和聚四氟乙烯垫圈；主阀体与密封端盖用螺栓固定连接。

本发明进一步提供一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，其特征在于：所述的悬臂梁式阻流靶片由弹性模量在200±10GPa的合金或不锈钢材料制成；其形状上部为等腰三角形的等强度梁，下部为圆形靶片，且上部等腰三角形的顶点与下部圆形靶片的圆心重合。

本发明进一步提供一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，其特征在于：所述的悬臂梁式阻流靶片位于传感器主阀体的中央位置，且悬臂梁式阻流靶片的圆心与主阀体测量管道轴线重合；通过主阀体上方凸台部分的凹槽设计，保证阻流靶片与被测流体的流速方向垂直。

本发明进一步提供一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，其特征在于：所述的光纤布拉格光栅采用环氧树脂对称粘贴于悬臂梁式阻流靶片的上部悬臂梁正反两面的中心轴线位置，以构成悬臂梁式阻流靶片表面应变的差动测量，消除温度变化对应变测量结果带来的影响。

本发明进一步提供一种基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器，其特征在于：所述的传感器主阀体顶部密封端盖与O型密封圈进行面密封，利用聚四氟乙烯垫圈压紧悬臂梁式阻流靶片，便于传感器内部敏感元件的拆装和更换。

本发明的优点及有益效果是：采用一体化的悬臂梁及阻流靶片，不仅简化了传感器的结构、易于实现密封，同时便于传感器的拆装和维护。光纤布拉格光栅对称粘贴于等强度梁两侧构成差动测量，一方面提高了测量的灵敏度；一方面可以消除温度变化对测量结果的影响。基于光纤布拉格光栅的靶式流量传感器可以有效克服传统电类传感器环境适应性差、不便于远距离及分布式多点监测的缺点，适合易燃易爆、具有腐蚀性等特殊场合下流体的流量测量。

附图说明