专利名称：一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计及其使用方法，属于光电子测量技术领域。
背景技术：
涡街流量计输出的是与流体流速成正比的脉冲信号，并且脉冲信号不受流体组分、密度、压力、温度的影响；量程范围较宽，大多数涡街流量计在雷诺数为2xl04- 7x10s范围内，适用的管道口径一般在3 00mm以下，具有较好的线性度，量程比可达到10:1以上，有的可达到20:1甚至30 :1。涡街流量计可测量液体、气体和蒸汽流量，通常测量液体的精确度为±0.5%-±1% ,流速范围为O. 5 7m/s ;测量气体的精确度为±1%-±1.5%
，流速范围为5 50m/s。李红民等人提出的一种新型的光纤光栅涡街流量传感器(参见文献李红民，高宏伟等，一种新型的光纤光栅涡街流量传感器，传感技术学报，2006年)。该技术通过将传感光栅置于旋涡发生体的下游，与管道形成一个悬臂梁结构来测量涡街信号。这种检测方式使振荡尾流中的噪声成分比较复杂，有许多影响主旋涡稳定的子旋涡等干扰信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计及其使用方法，采用三角柱作为旋涡发生体，流体在流动中产生的涡街信号强烈并且稳定，为流量检测提供了很强的可靠性；采用光纤Bragg光栅作为传感元件，没有供电回路和输出信号，传输信号为光信号，抗电磁干扰，能起到防止电火花产生和防爆作用，适合测量不同种类流体的流量，特别是对一些具有化学腐蚀性流体流量的测量有很好的应用前景。本发明所采取的技术方案是一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计包括三角柱型旋涡发生体I、基座2、测量管3、导压腔4、等强度悬臂梁6、轴向导管7、光纤Bragg光栅8、外接光纤9和光纤引出孔10 ;三角柱型旋涡发生体I通过两端的基座2固定在测量管3内，三角柱型旋涡发生体I中部两侧面相通，形成导压腔4，在导压腔4中，等强度悬臂梁6的自由端带有质量块5，等强度悬臂梁6的固定端与三角柱型旋涡发生体内部轴向导管7连接；光纤Bragg光栅8粘贴在等强度悬臂梁6表面的中心轴线上，光纤Bragg光栅8通过轴向导管7和光纤引出孔10与外接光纤9相连接。三角柱型旋涡发生体I的截面形状是一个等腰三角形截去三个角后的等腰多边形，三角柱型旋涡发生体的底面11作为迎流面，三角柱型旋涡发生体的底边12对着来流方向；在三角柱型旋涡发生体的两侧有平行于中心轴线的短棱边13。等强度悬臂梁6的自由端带有的质量块5采用金属铜制成。所述的一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计的使用方法，测量管内的流体流过三角柱型旋涡发生体1，在三角柱型旋涡发生体的两侧会交替分离出旋涡，有旋涡的一侧静压增大，流体被压进导压腔4，导压腔内产生脉动流体，脉动流体作用到等强度悬臂梁6的自由端，导致粘贴在其表面中心轴线上的光纤Bragg光栅8周期性波长移位，通过对光纤Bragg光栅8波长移位的频率测量，可以测出旋涡分离频率/，根据公式
(其中，分为斯特劳哈尔数』为测量管内径，V力三角柱发生体迎流
4 4 Sr
面宽度，《力三角柱发生体两侧弓形流通面积 之和与测量管的横截面积之比)，可计算出流体的流量。本发明的有益效果是本发明采用三角柱作为旋涡发生体，流体在流动中产生的涡街信号强烈并且稳定，为流量检测提供了很强的可靠性；采用光纤Bragg光栅作为传感元件，没有供电回路和输出信号，传输信号为光信号，抗电磁干扰，能起到防止电火花产生和防爆作用，适合测量不同种类流体的流量，特别是对一些具有化学腐蚀性流体流量的测量有很好的应用前景。
图I为本发明的结构示意 图2为本发明的三角柱旋涡发生体结构示意 图3为本发明的三角柱型旋涡发生体的导压腔截面 图中I-三角柱型旋涡发生体，2-基座，3-测量管，4-导压腔，5-质量块，6-等强度悬臂梁，7-轴向导管，8-光纤Bragg光栅，9-外接光纤，10-光纤引出孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。如图I所示三角柱型旋涡发生体I通过两端的基座2固定在测量管3内，三角柱型旋涡发生体I中部两侧面相通，形成导压腔4，在导压腔4中，等强度悬臂梁6的自由端带有质量块5，等强度悬臂梁6的固定端与三角柱型旋涡发生体内部轴向导管7连接；光纤Bragg光栅8粘贴在等强度悬臂梁6表面的中心轴线上，光纤Bragg光栅8通过轴向导管7和光纤引出孔10与外接光纤9相连接。如图2、3所示三角柱型旋涡发生体I的截面形状是一个等腰三角形截去三个角后的等腰多边形，三角柱型旋涡发生体的底面11作为迎流面，三角柱型旋涡发生体的底边
12对着来流方向；在三角柱型旋涡发生体的两侧有平行于中心轴线的短棱边13，短棱边13起作用有两个一是强迫旋涡在此产生同步分离；二是对旋涡分离有一定的稳定作用。等强度悬臂梁6的自由端带有的质量块5采用金属铜制成，其作用是增大悬臂梁的形变。所述的一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计的使用方法，测量管内的流体流过三角柱型旋涡发生体1，在三角柱型旋涡发生体的两侧会交替分离出旋涡，有旋涡的一侧静压增大，流体被压进导压腔4，导压腔内产生脉动流体，脉动流体作用到等强度悬臂梁6的自由端，导致粘贴在其表面中心轴线上的光纤Bragg光栅8周期性波长移位，通过对光纤Bragg光栅8波长移位的频率测量，可以测出旋涡分离频率/，根据公式
权利要求
1.一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计，其特征是流量计包括三角柱型旋涡发生体、基座、测量管、导压腔、等强度悬臂梁、轴向导管、光纤Bragg光栅、光纤引出孔和外接光纤；三角柱型旋涡发生体通过两端的基座固定在测量管内，三角柱型旋涡发生体中部两侧面相通，形成导压腔；在导压腔中，等强度悬臂梁的自由端带有质量块，等强度悬臂梁的固定端与三角柱型旋涡发生体内部轴向导管连接；光纤Bragg光栅粘贴在等强度悬臂梁表面的中心轴线上，光纤Bragg光栅通过轴向导管和光纤引出孔与外接光纤相连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计，其特征是三角柱型旋涡发生体的截面形状是一个等腰三角形截去三个角后的等腰多边形，三角柱型旋涡发生体的底面作为迎流面，三角柱型旋涡发生体的底边对着来流方向；在三角柱型旋涡发生体的两侧有平行于中心轴线的短棱边。
3.根据权利要求I所述的一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计，其特征是等强度悬臂梁的自由端带有的质量块采用金属铜制成。
4.一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计的使用方法，其特征是测量管内的流体流过三角柱型旋涡发生体，在三角柱型旋涡发生体的两侧会交替分离出旋涡，有旋涡的一侧静压增大，流体被压进导压腔，导压腔内产生脉动流体，脉动流体作用到等强度悬臂梁的自由端，导致粘贴在其表面中心轴线上的光纤Bragg光栅周期性波长移位，通过对光纤Bragg光栅波长移位的频率测量，可以测出旋涡分离频率/，根据公式=，其中，分为斯特劳哈尔数，D为测量管内径V力三角柱发生体迎流 面宽度，《力三角柱发生体两侧弓形流通面积之和与测量管的横截面积之比，可计算出流体的流量。
全文摘要
本发明涉及一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计及其使用方法，属于光电子测量技术领域。三角柱型旋涡发生体通过两端的基座固定在测量管内，三角柱型旋涡发生体中部两侧面相通，形成导压腔；在导压腔中，等强度悬臂梁的自由端带有质量块，等强度悬臂梁的固定端与三角柱型旋涡发生体内部轴向导管连接；光纤Bragg光栅粘贴在等强度悬臂梁表面的中心轴线上，光纤Bragg光栅通过轴向导管和光纤引出孔与外接光纤相连接；本发明采用三角柱作为旋涡发生体，为流量检测提供了很强的可靠性；采用光纤Bragg光栅作为传感元件，抗电磁干扰，适合测量不同种类流体的流量，特别是对具有化学腐蚀性流体流量有很好的前景。
文档编号G01F1/32GK102768048SQ20121024872
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者李川, 李英娜, 杨云飞, 欧阳鑫, 肖锋, 薛俊华 申请人:昆明理工大学