[发明专利]控制光纤涡散式流量计的电子数字电路

说明书

本发明涉及一种新型、有用的数字系统，用来控制光纤涡散式（Vortex    Shedding）流量计。

一种光纤传感器单元能够用于涡散式流量计。在这种流量计中，一个传感器光束照射流体流，该流体流由于流动路径上的障碍而在其中产生流体旋涡。该流体旋涡产生（称为散射）的频率即是对流体流量的度量。每次散发一个旋涡，传感器光束就被移动。其位移被传送到用于改变所传递的光的特性的很多已知组件中的一个，并且通过光缆接收。这种组件包括微弯的夹片，该夹片使光纤或光缆弯曲从而调制其中光线的强度，还包括光纤端部中的一端能随着传感器光束移动的分离式光纤组件，删去通过光纤传导的一部分光。

为控制涡散式流量计而提供一种控制系统，这在技术上是众所周知的。作为控制系统的一部分，必须提供一种转换单元，以将通过光缆传送的光信号转换成电信号，它与控制系统兼容。作为控制系统的一部分还应提供一个通讯通路，以将所转换的电信号传送到中央控制单元。

一种已知并在工业上可用的将信号从一个传感器（如流量计）传送到中央控制单元的系统，是一个双线4-20ma模拟传输系统。将一个双线4-20ma传输系统用于光纤涡散式流量计在技术上是已知的，如美国专利第4655353（Thompson）中所述。

在模拟传输系统中，在光缆中被调制的光强度被变换成模拟电流或电压，正比于由传感器光束所指示的流量。这些模拟传输系统在涡散式流量计应用中是有局限性的。旋涡散射是一个非线性量，而非线性信号限制着能够在4-20ma通路上传送的、精确的流量信号的范围，在模拟电路中还存在滞后和热漂移效应，该效应限制了通过4-20ma通路所传输的涡散式流量计信号的重复性，因而限制了它的精度。一个模拟传输通路不能提供在该流量计和一个控制单元之间的信号联络;它只能提供单路通讯，将流量计检测到的液流传送到中央控制单元，不能将控制信号从中央控制单元送到该流量计。

在光纤涡散式流量计控制系统中采用的转换单元还限制涡散式流量计的量程。在目前的转换单元中采用的前置放大器电路，如美国专利4628197号（Thompson）中所述，不能检测到由涡散式流量计所产生的低端信号，于是，就需要一个光纤涡散式流量计的数字控制系统，对旋涡散射现象的非线性度进行调整，并修正或消除热效应和滞后作用。因此就需要提供在光纤涡散式流量计和控制单元之间的双路数字通讯，同时还要改善在光纤涡散式流量计中采用的转换电路的低端灵敏度。

本发明克服了与光纤涡散式流量计控制系统相关的现有技术所有问题。本发明通过提供一个新的、改进了的前置放大电路及数字计算机，以校正温度、非线性和滞后作用来实现这点。

因此，本发明的一个方面是提供一个光纤涡散式流量计系统，该流量计不受旋涡散射现象的非线性影响。

本发明的另一方面是提供一个光纤涡散式流量计的数字控制系统，可以校正滞后和热漂移效应。

本发明的又一个方面是提供一个光纤涡散式流量计的数字控制系统，可以传递和接收来自涡散式流量计的控制信号。

本发明还有一个方面是提供一个光纤涡散式流量计数字控制系统，可以扩大涡散式流量计的低端范围。

图1是本发明控制系统的方块图;

图2是表示光-电转换电路的示意图;

图3表示前置放大器电路输出的曲线;

图4表示滤波电路的示意图;

图5是表示滤波电路输出的曲线。

现在参考附图。附图的描述意在一般地介绍本发明的较佳实施例，并不对本发明进行限制。具体参考图1，它提供一个光纤涡散式流量计，包括一个光纤涡散式流量传感器12，一个转换单元14，一个中央控制单元16，一个数字通讯单元18及一个电源20。

转换单元14包括一个计时电路22，它连接到一个发光二极管激励电路24和一个前置放大器电路26。发光二极管激励电路24由光缆28通过旋涡散射流量传感器12连到前置放大器电路26前置放大器电路26连到滤波电路30，通过线52和54连到中央控制单元16。