[发明专利]一种光纤F-P多参量智能流量传感器及测量方法

权利要求书

1.一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：它包括圆柱形探头基座(5)，所述圆柱形探头基座(5)内部安装有第一光纤F-P压力探头(1)、第二光纤F-P压力探头(2)、第三光纤F-P压力探头(3)和光纤温度探头(4)，所述圆柱形探头基座(5)通过光缆(6)与调制解调模块(7)相连，所述调制解调模块(7)上设置有调制解调模块通信接口(8)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：所述第一光纤F-P压力探头(1)和第三光纤F-P压力探头(3)设置在圆柱形探头基座(5)两侧呈对称布置；所述第二光纤F-P压力探头(2)和光纤温度探头(4)设置在圆柱形探头基座(5)的顶部，其中第二光纤F-P压力探头(2)位于顶部中心。

3.根据权利要求1所述的一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：所述圆柱形探头基座(5)上设置有第一传感器探头光纤接口(5-1)、第二传感器探头光纤接口(5-2)、第三传感器探头光纤接口(5-3)和第四传感器探头光纤接口(5-4)；所述第一传感器探头光纤接口(5-1)通过光纤与第一光纤F-P压力探头(1)相连；所述第二传感器探头光纤接口(5-2)通过光纤与第二光纤F-P压力探头(2)相连；所述第三传感器探头光纤接口(5-3)通过光纤与第三光纤F-P压力探头(3)相连；所述第四传感器探头光纤接口(5-4)通过光纤与光纤温度探头(4)相连；在圆柱形探头基座(5)的尾部外缘设置有连接外螺纹(5-5)，所述连接螺纹(5-5)与调制解调模块(7)的外壳通过螺纹相连。

4.根据权利要求1所述的一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：所述调制解调模块(7)上设置有第一调制解调模块光纤接口(7-1)、第二调制解调模块光纤接口(7-2)、第三调制解调模块光纤接口(7-3)和第四调制解调模块光纤接口(7-4)；所述第一调制解调模块光纤接口(7-1)直接通过光缆与圆柱形探头基座(5)的第一传感器探头光纤接口(5-1)相连；所述第二调制解调模块光纤接口(7-2)直接通过光缆与圆柱形探头基座(5)的第二传感器探头光纤接口(5-2)相连；所述第三调制解调模块光纤接口(7-3)直接通过光缆与圆柱形探头基座(5)的第三传感器探头光纤接口(5-3)相连；所述第四调制解调模块光纤接口(7-4)直接通过光缆与圆柱形探头基座(5)的第四传感器探头光纤接口(5-4)相连。

5.根据权利要求1所述的一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：所述圆柱形探头基座(5)包含四个探头的一端安装在含有双向流体的水平管道内部或者双向流体的竖直管道内部。

6.根据权利要求1所述的一种光纤F-P多参量智能流量传感器，其特征在于：所述调制解调模块(7)内部设置有计算分析模块。

7.权利要求1-6任意一项所述光纤F-P多参量智能流量传感器的测量方法，其特征在于：

Step1：根据伯努利原理和体积流量守恒原理，即理想流体在同一流管内做定常流动时，同一流管的不同截面处，每单位体积流体的动能、使能、压强之和为一常量，体积流量相等，建立如下表达式：

伯努利原理：

体积流量守恒原理：

Sv＝B (02)

式中：各项分别表示单位流体静压能、动能、位能，P为流体中某点的静压力，v为该点的流体流速，h为该点距液面的重力高程，ρ为流体的密度，S为该点管道径向截面积，A、B都为常量；

Step2：设定第一光纤F-P压力探头(1)、第二光纤F-P压力探头(2)、第三光纤F-P压力探头(3)同一管道内流体三处不同位置测量的静压强分别为P₁、P₂、P₃，流速分别为v₁、v₂、v₃，位能分别为ρgh₁、ρgh₂、ρgh₃，根据伯努利方程，有如下等式成立：

Step3：考虑到传感器体积较小，第一光纤F-P压力探头(1)、第二光纤F-P压力探头(2)、第三光纤F-P压力探头(3)三者位置不同导致的位能差异可忽略不计，故(03)式简化为：

Step4：当流体流动方向为从第一光纤F-P压力探头(1)向第三光纤F-P压力探头(3)，则由于圆柱体探头阻流效应，第一光纤F-P压力探头(1)处流速v₁＝0，第二光纤F-P压力探头(2)处流速即为管道内流体流速；根据(02)式流量守恒原理，可知流体流向后第三光纤F-P压力探头(3)处的流速v₃小于v₂，由(04)式推导得到：

v₂＞v₃＞v₁＝0 (05)

P₁＞P₃＞P₂ (06)

Step5：当流体流动方向为从第三光纤F-P压力探头(3)向第一光纤F-P压力探头(1)，则由于圆柱体探头阻流效应，第三光纤F-P压力探头(3)处流速v₃＝0，第二光纤F-P压力探头(2)处流速即为管道内流体流速；根据(02)式流量守恒原理，可知流体流向后第一光纤F-P压力探头(1)处的流速v₁小于v₂，由(04)式推导得到：

v₂＞v₁＞v₃＝0 (08)

P₃＞P₁＞P₂ (09)

Step6：通过第一光纤F-P压力探头(1)、第二光纤F-P压力探头(2)、第三光纤F-P压力探头(3)三者测量的压力数据P₁、P₂、P₃，即可计算得到管道内流速v及流向：

当P₁＝P₂＝P₃，则v＝0，管道内流体未流动；

当P₁>P₃>P₂，则自第一光纤F-P压力探头(1)流向第三光纤F-P压力探头(3)；

当P₃>P₁>P₂，则自第三光纤F-P压力探头(3)流向第一光纤F-P压力探头(1)；

Step7：计算出流体流速大小和方向后，可向外输出流速大小和流体温度的多参量数字信号，也可通过设定定值，当流速超过定值后输出一对常开常闭接点的开关量信号，以供不同工业应用场合下的需要。