基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计。包括测量直管、毛细不锈钢管和镀膜光纤光栅传感探头；测量直管轴向中心对应的管壁上开有圆孔；毛细不锈钢管长度与测量直管管外径相同；毛细不锈钢管的两端分别密封固定在测量直管的圆孔中；毛细不锈钢管轴向中心位置开有长方形通孔，长方形孔的两侧分别正对流体入口和出口方向，镀膜光纤光栅传感探头安装在测量直管中心线与长方形孔中心线的交点上，镀膜光纤光栅传感探头光纤从毛细不锈钢管两端引出。本发明具有很好的灵敏度与稳定性。镀膜光纤光栅热式流量计具有结构简单、体积小、压损小、重复性较好、小流量时灵敏度较高等优点，可用于大管径低流速气体流量的测量。
【专利说明】基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计
【技术领域】
[0001]本发明涉及流量测量装置，尤其是涉及一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计。
【背景技术】
[0002]热式气体流量计是根据介质热传递原理制成的一种流量仪表，一般用来测量气体的质量流量。早期的热式质量流量计是一种热接触式流量计，由美国的托马斯于20世纪初设计完成。20世纪70年代，基于测量气体温度分布的热分布型热式质量流量计得到了迅速的发展，开始用于微小气体质量流量的测量。随着科学技术的不断推进，测量管道的口径不断扩大，1992年Kurz经过对热式流量计的结构重新设计,在接触式流量计的基础上,设计了一种浸入型的热式质量流量计，并得到了快速发展。热式气体流量计具有压损小、无活动部件、精度高、测量范围大等优点，但传统的热式流量传感探头需一定的加热电流以及温度补偿模块，很难做到无源低功耗运行。
[0003]近年来，光纤光栅以其本质安全、不受电磁干扰、灵敏度高、质量轻、体积小等特点而在传感领域备受关注并得到了广泛应用。越来越多的传统流量计与光纤光学技术相结合，在流量测量领域取得了许多新进展:光纤涡轮流量传感器、光纤涡街流量传感器、靶式光纤光栅流量传感器等许多种类的光纤流量传感器都开始逐步发展起来。基于光纤光栅流量传感器的广阔应用以及对传统热式流量计的优化设计与开发，镀膜光纤光栅热式流量计进入了我们的视野。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计，使其可以用于大管径(50mm以上)、低流速(低于lOm/s)的气体质量流量的测量。
[0005]本发明采用的技术方案是:
本发明包括测量直管、毛细不锈钢管和镀膜光纤光栅传感探头；测量直管轴向中心对应的管壁上开有圆孔；毛细不锈钢管长度与测量直管管外径相同；毛细不锈钢管的两端分别密封固定在测量直管的圆孔中；毛细不锈钢管轴向中心位置开有长方形通孔，长方形孔的两侧分别正对流体入口和出口方向，镀膜光纤光栅传感探头安装在测量直管中心线与长方形孔中心线的交点上，镀膜光纤光栅传感探头光纤从毛细不锈钢管两端引出。
[0006]所述的毛细不锈钢管外径为3mm,内径为2mm。所述的长方形孔宽度为1.5mm,长度为 12mm。
[0007]本发明具有的有益效果是:
本发明将光纤光栅传感技术应用于热式气体流量测量领域，镀膜光纤光栅传感探头作为一种无源元器件，具有很好的灵敏度与稳定性。镀膜光纤光栅热式流量计具有结构简单、体积小、压损小、重复性较好、小流量时灵敏度较高等优点，可用于大管径低流速气体流量的测量。【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本流量计的一次部件结构图。
[0009]图2是图1的A-A剖面图。
[0010]图3是本发明的镀膜光纤光栅传感探头的封装结构图。
[0011]图4是图3的D-D剖面图。
[0012]图中:1、测量直管，2、毛细不锈钢管，3、镀膜光纤光栅传感探头，4、连接孔，5、法
ΛΑ
~O
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0014]如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括测量直管1、毛细不锈钢管2和镀膜光纤光栅传感探头3 ;测量直管I轴向中心对应的管壁上开有圆孔；毛细不锈钢管2长度与测量直管I管外径相同；毛细不锈钢管2的两端分别密封固定在测量直管I的圆孔中；毛细不锈钢管2轴向中心位置开有长方形通孔，长方形孔的两侧分别正对流体入口和出口方向，镀膜光纤光栅传感探头3安装在测量直管I中心线与长方形孔中心线的交点上，镀膜光纤光栅传感探头3光纤从毛细不锈钢管2两端引出。镀膜光纤光栅传感探头结构已经在申请日之前申请发明专利。探头由两段光纤光栅错位耦合熔接在一起，其中后一段光纤光栅表面镀有金属膜；毛细不锈钢管两端延伸出的镀膜光纤光栅尾纤覆盖光纤保护材料。
[0015]毛细不锈钢管2外径为3mm,内径为2mm。长方形孔宽度为1.5mm,长度为12mm。
[0016]本发明的工作原理如下:
如图1、图2所示，测量直管内径与现场管道内径相同，通过管口两端的法兰5连接在一起，4为连接孔；测量直管内部被测气体通过毛细不锈钢管长方形通孔流经镀膜光纤光栅传感探头流出，长方形通孔两端及毛细不锈钢管两端分别密封，起到集中、汇聚流束的作用，无被测气体经通孔流入毛细不锈钢管；镀膜光纤光栅传感探头由两段光纤光栅错位耦合熔接在一起，其中后一段光纤光栅所在包层表面镀有金属膜。宽带光源发出的光经环形器与激光光源发出的光一同接入波分复用器通入镀膜光纤光栅传感探头，其中激光由前一段光纤的自由端注入，在经过错位熔接区时激光的绝大部分能量将被耦合到第二段镀膜光纤光栅包层中去，从而导致金属膜吸收部分激光能量。吸收了激光能量的金属膜将释放出热量，迫使对应的光栅区形成特定的温度场。宽度光源的光也经由前一段光纤的自由端注入，在遇到光纤光栅时会形成反射谱，通过波长解调可以检测出光纤光栅对应的温度场从而进一步计算出流体的流量。当测量直管内通入气体后，气体以一定流速流过带走金属膜上的热量，导致对应栅区温度发生改变，反射波波长发生回飘直到稳定。不同的稳定波长对应不同的状态温度，根据热式流量计测量原理，计算得到气体带走的热量从而求出气体流速。同时，第一段光纤光栅内没有镀膜的光纤光栅并不受金属膜释放热量的影响，所以提供了当前环境温度的准确测量。
【权利要求】
1.一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计，其特征在于:包括测量直管(I)、毛细不锈钢管(2)和镀膜光纤光栅传感探头(3);测量直管(I)轴向中心对应的管壁上开有圆孔；毛细不锈钢管(2)长度与测量直管(I)管外径相同；毛细不锈钢管(2)的两端分别密封固定在测量直管(I)的圆孔中；毛细不锈钢管(2)轴向中心位置开有长方形通孔，长方形孔的两侧分别正对流体入口和出口方向，镀膜光纤光栅传感探头(3)安装在测量直管(I)中心线与长方形孔中心线的交点上，镀膜光纤光栅传感探头(3)光纤从毛细不锈钢管(2)两端引出。
2.根据权利要求1所述的一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计，其特征在于:所述的毛细不锈钢管(2)外径为3mm,内径为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于镀膜光纤光栅的热式气体流量计，其特征在于:所述的长方形孔宽度为1.5mm,长度为12mm。
【文档编号】G01F1/68GK103438946SQ201310368846
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】黄震威, 朱文君, 程佳, 王新淮 申请人:浙江省计量科学研究院