[发明专利]具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装

说明书

技术领域：

本发明涉及一种液体流速传感器封装，特别是一种具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装，属于光电子测量技术领域。

背景技术：

流量计在能源计量、交通运输、水利建设、航天航空等诸多领域得到广泛应用。但是随着流量监测对象多样和测量环境复杂化，特别是诸如强电磁场、强腐蚀环境下，使得如何保证流量计在流量测量时准确性、稳定性及安全性，成为流量监测亟待解决的关键科学问题。由于传统流量计在流量监测方面存在诸多问题。因此，研究新型流量传感器具有重要的实际意义。

传统电磁式流量计结构简单，测量精确度高，但是不能用于测量气体，且测量精度受液体介质导电率影响。超声波流量计采用非接触式测量方式，无压损，但测量线路复杂且在测量高温液体时测量精度受液体温度影响。光纤光栅具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰强、便于远距离组网监测等优点，使其在测量流体流量方面成为国内外研究热点。2006年,美国John.C.Tsal研究的光纤光栅流量计，可准确测定流体的流量，但是测量结果受环境温度影响。CiDRA公司F.X.Bostick等人开发了基于Bragg光栅原理的多相流量计，在墨西哥湾得到成功安装。但是仅适用于单一方向流量测量。昆明理工大学李川等人发明的靶式光纤光栅液体流量计（CN200910094845.0），其测量精度较高，但由于其测量元件同时也处于被测管道内部流体环境，一定程度上易造成对其传感特性受到包括流体温度变化及腐蚀等两方面负面因素的影响，

针对常规光纤光栅流量传感器只能单向测量，且暴露在被测环境下感知器件易受酸碱腐蚀与机械损伤等影响。本发明提出了一种具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装，能够有效克服环境温度对流量测量精度的影响。

发明内容：

本发明提供一种具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装，其能够有效的解决现有光纤光栅流速传感器在监测中易受被测流体酸碱腐蚀和管道内部流体温度实时变化等造成的使用寿命缩短和测量精度下降等问题。

本发明采用如下技术方案：一种具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装，其包括：与被测液体管道固接的对接管道和法兰；安装于对接管道内部的用以感知液体流速的扇式叶片；隔离箱；安装于所述隔离箱内部的传力轴、固定配置于所述传力轴上的套管、钢丝；安装于隔离箱上表面的用以感受钢丝拉力的梁；固定于梁上表面的光纤光栅；安装于对接管道外侧的用于保护所述光纤光栅的保护罩；所述扇式叶片位于隔离箱的外侧，所述传力轴一端延伸出所述隔离箱的外侧用于固定扇式叶片，另一端在该传力轴穿过隔离箱的内部空间后通过轴承固定于隔离箱上，所述钢丝的一端固定连接于所述套管，所述钢丝的另一端固定于梁的下表面中间位置。

所述光纤光栅包括传感光纤光栅和温度补偿光纤光栅，所述传感光纤光栅粘贴于梁上表面，所述温度补偿光纤光栅与传感光纤光栅串联，且处于不受力状态，所述传感光纤光栅和温度补偿光纤光栅处于同一温度场环境。

所述隔离箱为一个上端开口的箱体，梁的两端焊接在隔离箱的上端。

所述传力轴与轴承连接区域配置有用于隔离的油封圈，所述隔离箱的侧面设置有用于固定轴承的圆形孔。

所述保护罩的左右两个侧面各设置有一圆形开孔用以将光纤光栅通过尾纤与外部光纤光栅解调仪连接。

本发明具有如下有益效果：

（1）.本发明具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅传感器封装采用隔离设计，能够有效屏蔽液体对内部相关传感及转化元件（如光纤光栅、钢丝，套管）的腐蚀；

（2）.温度补偿光纤光栅用于管道内部流体温度自补偿，能够减小温度变化对流速测量的影响；

（3）.与靶式光纤流速传感器相比，传感器封装结构对流体流动阻碍相对较小，测量稳定性较好，适合用于对易燃易爆流体传输的管道进行内部流速测量；

（4）.该传感器封装在已知管道内部流体流向的情况下，通过将测量数据与相应正反向流速标定曲线进行比较，可以实现对管道内部流体正反向流体流速的测量。

附图说明：

图1为本发明具备温度自补偿功能的扇式光纤光栅流速传感器封装的结构示意图。

图2为固定于梁上表面的传感光纤光栅及温度补偿光纤光栅。

其中：

1-扇式叶片；2-传力轴；3-套管；4-钢丝；5-梁；6-传感光纤光栅；7-温度补偿光纤光栅；8-隔离箱；9-保护罩；10-对接管道；11-法兰。

具体实施方式：