[实用新型]一种气相法制备光纤预制棒所用流体的流量测量装置

说明书

本实用新型公开了一种气相法制备光纤预制棒所用流体的流量测量装置。其测量原理基于光经过流体时的吸收损耗、特征吸收发射谱、散射、衍射等效应，通过探测光信号的变化即可以获取流体的质量或浓度信息。其方法是通过获取的光信号反馈调节原材料流体的流量等参数直至原材料的质量或浓度等达到所需的要求。

技术领域

本实用新型属于流体流量测量计量技术领域，更具体地，涉及一种用于流体流量测量的装置。

背景技术

随着能源、工业加工、医疗、航空等领域对流体精密控制更高要求，越来越多的结构简单、功能完善、适应性强、测量精度高的流量计被发明出来。其依据的测量原理主要基于流体的电磁特性、流速、温度、压力、质量等特性。它们要么需要被测物质具有一定的电磁特性、要么需要与流体发生接触。

在光纤制备领域为达到对掺杂浓度和折射率剖面的精确控制，需要对使用的四氯化钴、四氯化锗、三氯氧磷、氧气、氦气等高纯气体原料做精确测量，质量流量计作为一种高精度的计量装置得到广泛的应用，它直接探测气体的分子量，工作时不受外界的压力和温度的影响，精度可以达到0.1sccm。质量流量计的最高工作温度不能超过100℃、且要求通过的气体保持气态（若有变成固体则会损坏内部的隔膜阀等组件）。而气相法制备掺稀土光纤预制棒所用的稀土螯合物和三氯化铝等需要在200℃左右的条件下完成蒸发、输送，输送管路上极易凝化、且三氯化铝潮解后有极强的腐蚀性；为尽可能的控制稀土离子和铝的掺杂浓度，现有的方式是通过质量流量计控制载气的流量，再通过载气将稀土螯合物和三氯化铝蒸气带出，经输送管道到衬管中沉积。然而这种流量控制方式控制的是载气的质量流量、而非反应气体的质量，导致实际使用过程中带出的稀土螯合物和三氯化铝存在波动，制备的掺稀土预制棒折射率、稀土浓度、铝浓度等波动极大，严重制约着掺稀土预制棒的产能和性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于流体流量测量的原理及方法。使用该方法可以精确的控制流体的质量流量，尤其适合测量高温、有腐蚀性、有毒性、易于凝化的流体。

为了实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于流体流量测量的原理，其原理基于以下几点：

（1）当一束光经过气体（或者液体）时，气体（或者液体）分子在某些特定的波长的透过率与光路上气体（或者液体）分子的数量（或浓度）成相关性，故可以通过在垂直于气路上入射某一个或几个波长的光（光强为某一定值），然后探测经过气体（或者液体）的光强大小就可以获取气体（或者液体）分子的数量（或浓度）；

（2）某些气体（或者液体）分子存在特定的吸收、发射谱，即吸收某一波长的光同时发射另一波长的光，故可以通过在垂直于气路上（或以某一角度）入射某一个或几个波长的激光（强度稍大于气体的饱和吸收强度），此时气体（或者液体）在吸收了光子后从低能级跃迁到高能级，又从高能级跃迁到低能级，这个过程中会辐射出某一波长的光子，通过探测发射谱的强度就可以获取气体（或者液体）分子的数量（或浓度）；

基于上述原理可以测量高温、高压、高流速、腐蚀性强、物理性状易变的流体，而且光学测量精度高、响应快、测量装置与流体非接触。另外除了上述测量原理外，还可以基于光与流体作用时产生的一些特定的散射、衍射等现象测量流体的质量等。

为了实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了气相法制备光纤预制棒所用流体的流量测量装置，该装置包含测量管道、光发射单元、光接收单元、光信号处理单元、反馈控制单元等。

所述的测量管道用于被测流体的通过，在管道轴线上有两个窗口分别用于光的输入和输出；一般地管道为双层抽真空结构，内层管道的内径与流体输送管道相同、光洁度符合流体输送要求，与输送管道的接口可采用卡套连接、VCR连接等；内外层材料选用高强度、耐腐蚀、高透光的高纯玻璃材料，内外层之间抽真空处理，内层材料要求在流体环境下保持长久的物理和化学稳定性，可选用二氧化硅基玻璃、氟系玻璃、硫系玻璃、磷酸盐玻璃等，一般的依据流体的需求选择；