[发明专利]一种基于加速度测量的涡街探头

说明书

本发明涉及一种基于三轴加速度传感器的涡街探头，由三部分结构组成，分别为顶部圆盘、中间柱体以及底部长方体，中间柱体以及底部长方体内部形成探头腔体，顶部圆盘方便管道固定并设有一定位槽用以标定正方向，作为敏感元件的三轴加速度传感器内嵌入底部长方体，涡街流量计探头腔体和管路之间的连接方式为直接接触的硬连接，且与发生体不接触，敏感元件为三轴加速度传感器能够感受到涡街管路的振动变化，用以测量管道内部的涡街流场信息。

技术领域

本发明涉及涡街流场测量领域，特别地，涉及一种基于加速度测量的涡街探头。

背景技术

工业领域中常用到涡街流量计测量流体的体积流量，涡街流量计是一种基于卡门涡街原理的速度式流量仪表，因其测量范围宽、可靠性高、压力损失小、对流体物性变化不敏感等特点而得到了广泛的应用。一方面，卡门涡街源于流体振动，极易受振动噪声的干扰而不稳定，而涡街流量计的安装环境中不可避免地存在振动干扰，如涡街管路的固有频率干扰或与管路相连的离心泵、压缩机的周期性振动及阀门动作造成的压力脉动干扰等。

另一方面，从空间分布角度来看，传统测量方式仅能获取“一维”信号，该信号掺杂着不同的流场信息，如涡街信号、振动信号等，且该信号多为频率，得到的信息有限，不利于后续的信号分析。

目前，基于MEMS技术的加速度传感器趋于小型化，给实现多学科交叉测量带来了可能。由牛顿第二定律，加速度与物体所受合外力成正比。对加速度进行积分可得到速度信息，再积分可得到位移信息。另外，对加速度时域信号进行频域分析即可得到频率信号。

发明内容

本发明设计了一种基于MEMS三轴加速度传感器的涡街探头。该探头结合集成的三轴加速度传感器及涡街探头，再通过设计合理的采集电路及涡街探头结构，以使其实现涡街频率准确测量及空间三维涡街流场信号测量的功能。技术方案如下：

一种基于三轴加速度传感器的涡街探头，由三部分结构组成，分别为顶部圆盘、中间柱体以及底部长方体，中间柱体以及底部长方体内部形成探头腔体，顶部圆盘方便管道固定并设有一定位槽用以标定正方向，作为敏感元件的三轴加速度传感器内嵌入底部长方体，涡街流量计探头腔体和管路之间的连接方式为直接接触的硬连接，且与发生体不接触，敏感元件为三轴加速度传感器能够感受到涡街管路的振动变化，用以测量管道内部的涡街流场信息。

附图说明

图1为本发明实施例设计的涡街探头结构组成；

图2为本发明实施提供的探头与管路连接示意图；

图3为本发明实施例设计的P＝400kPa、Qg＝19.27m3/h的气相流量(气相流速为28.56m/s)工况下，(a)为未在管路上施加瞬态激励的测量信号及频域分析图，(b)为橡胶锤锤击Y方向的时、频信号；

图4为本发明实施例提供的P＝300kPa,Ql＝25m3/h的工况下，两相流场下的力的空间分布图；

附图中：1-涡街流量计探头腔体，2-管路，3-发生体，4-三轴加速度传感器，5-稳压模块，6-中空结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图以及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，探头材质为镁铝合金，总的来说该探头由三部分结构组成，分别为顶部圆盘、中间柱体以及底部长方体。整体上为涡街流量计探头腔体1，主要包括中空结构6，顶部圆盘方便管道固定并设有一定位槽用以标定正方向，中间柱体结构可最大限度减小探头对流场的影响，敏感元件内嵌入底部长方体，为增大涡街信号与底部长方体接触的摩擦力，底部采用铣床加工。