一种双圈同轴式光纤涡轮流量计的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双圈同轴式光纤涡轮流量计，包括管道壳体、涡轮、导流架、双圈同轴光纤探头，涡轮与导流架固连，位于管道壳体内；管道壳体壁上有螺孔,双圈同轴光纤探头垂直于管道壳体轴线方向与管道壳体壁上螺孔配合,且位于涡轮轴向中间部位。双圈同轴光纤探头用于拾取涡轮叶片光脉冲信号，光强光纤垂直照射到涡轮表面，并由两组接收光纤用于接收反射光，通过两组接收光纤的光强比值计算光纤探头与涡轮的垂直距离。根据反射距离与光强比值的关系得出涡轮转动频率，并计算出流量值。光纤涡轮流量计采用反射式双圈同轴光纤探头，避免磁阻引起的误差，扩大了流量测量的量程比，其具有抗电磁干扰能力强，且测量精度高的特点。
【专利说明】一种双圈同轴式光纤涡轮流量计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种流量计，具体地说，涉及一种双圈同轴式光纤涡轮流量计。
【背景技术】
[0002]在工业生产和日常生活中的诸多领域，都需要对流体的流量进行监测。目前，常用的流量计有靶式流量计、涡轮流量计、涡街流量计。涡轮流量计是根据叶轮转速与流体流速成比例的原理测量流量；由于其压损小，精度高，现已广泛应用于石油、化工、航空和计量领域。但是传统的电磁式涡轮流量传感器容易受电磁干扰的影响，而光纤传感器采用光纤进行传感和传输，不存在上述问题，因此近年得到了越来越多的应用。在小流量区域，光纤涡轮流量计不存在内磁式涡轮流量计因叶片产生的磁阻而引起的误差；在高流量区域，能克服内磁式涡轮流量计的信号饱和的问题，因此具有较宽的量程。
[0003]目前将光纤技术应用于流量计的研究主要有两种:一种是光纤涡轮流量计；另一种是光纤涡街流量计。
[0004]在专利200720017049.3中公开了一种插入式光纤涡轮流量计，该光纤涡轮流量计包括光纤传感器、安装架、导流管、涡轮体、涡轮轴架及轴套，其中除了光纤传感器部分，其它部件与传统电磁式涡轮流量计结构基本相同，在光纤传感器的设计中，对于光纤探头的结构没有考虑光源的强度和相位易受现场因素影响，导致信号误检测。在专利201320063237.5中提出了一种光纤两相流量计，该光纤两相流量计是将光纤传感器与涡街流量计结合起来，通过测量光纤激光器的检测到的振动信号测量流量，保证了传感器在含有泥沙的情况下仍然可以正常工作。存在的缺陷是上下游必须有足够的直管段，以保证没有涡流对光纤感应部分产生影响。另一方面，由于这种方法入射光纤与接收光纤是装在管壁两侧；为了保证能接收到足够的光强，传感器部分管道直径必须足够小，导致其流量比一般只能达到1:10。
实用新型内容
[0005]为了避免现有技术存在的不足，克服涡轮流量计精度低、量程比小的问题，本实用新型提出一种双圈同轴式光纤涡轮流量计。采用双圈同轴光强反射式光纤用于拾取涡轮叶片光脉冲信号；光强光纤垂直照射在涡轮表面，并由两组接收光纤用于接收反射光；光纤探头应用非接触式光强光纤作为测量元件，并采用双圈同轴式的光纤排布方式，可有效地消除干扰因素对测量的影响，提高流量测量的精度，降低安装及信号接收的复杂度；同时，采用的反射式光纤，避免了磁阻引起的误差，能有效地扩大流量测量的量程比。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括管道壳体、涡轮、导流架、探头护套、双圈同轴光纤探头、发射光纤、内圈接收光纤、外圈接收光纤，涡轮与导流架固连，位于管道壳体内，管道壳体壁上有螺孔，双圈同轴光纤探头垂直于管道壳体轴线方向与管道壳体壁上螺孔固定配合，且位于涡轮轴向中间部位，双圈同轴光纤探头与涡轮叶片端的距离为0.075mm?1.075mm ;所述双圈同轴光纤探头米用多模玻璃光纤，中心为发射光纤，同轴排列两圈光纤为内圈接收光纤和外圈接收光纤，双圈同轴光纤探头外侧有探头护套，探头护套上前部有外螺纹。
[0007]所述探头护套材料为铝合金。
[0008]有益效果
[0009]本实用新型提出的一种双圈同轴式光纤涡轮流量计，采用光纤作为涡轮流量计拾取流量信号的关键部件。光强光纤垂直照射到涡轮表面，并由两组接收光纤接收反射光；光纤探头通过在管道壳体上的螺孔固定安装，并保证与管道壳体外部密封连接；接收光纤所接收的光通过光纤传递至高精度光电转换器进行处理。双圈同轴式光纤探头的光纤排列方式:中间为发射光纤，同轴紧密排列两圈接收光纤。双圈同轴光纤采用光强比值法，可消除对光源功率波动和反射面反射率变化的敏感性因素对测量的影响。本实用新型的探头护套采用螺纹结构安装，既有密封效果又易于安装、方便拆卸；
[0010]本实用新型双圈同轴式光纤涡轮流量计具有以下特点:
[0011]1.采用反射式光纤作为信号拾取元件，应用非接触式光电测量方法，可有效地抗电磁干扰；
[0012]2.采用双圈同轴光强反射式光纤，避免了磁阻引起的误差，提高了测量精度；而且能有效地扩大流量测量的量程比；
[0013]3.双圈同轴式光纤涡轮流量计结构简单、体积小、重量轻、抗干扰能力强并且精度可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施方式对本实用新型一种双圈同轴式光纤涡轮流量计作进一步详细说明。
[0015]图1为本实用新型双圈同轴式光纤涡轮流量计结构示意图。
[0016]图2为本实用新型的双圈同轴光纤探头示意图。
[0017]图3为图2中双圈同轴光强反射式光纤的A向视图。
[0018]图4为图2中双圈同轴光强反射式光纤的C向视图。
[0019]图5为图2中双圈同轴光强反射式光纤的B向视图。
[0020]图6为图2中双圈同轴光强反射式光纤的D向视图。
[0021]图中:
[0022]1.管道壳体2.涡轮3.导流架4.探头护套5.双圈同轴光纤探头6.发射光纤
7.内圈接收光纤8.外圈接收光纤
【具体实施方式】
[0023]本实施例是一种双圈同轴式光纤涡轮流量计。
[0024]参阅图1?图6，本实例中双圈同轴式光纤涡轮流量计，由管道壳体1、涡轮2、导流架3、探头护套4、双圈同轴光纤探头5、发射光纤6、内圈接收光纤7、外圈接收光纤8组成；涡轮2与导流架3安装在管道壳体I内，涡轮2与导流架3固定在同一轴线上，以保证光反射面为平面反射，涡轮2与导流架3采用刚度强，密度小的合金材料制成。管道壳体I壁上开有螺孔，双圈同轴光纤探头5垂直于管道壳体I轴线方向与管道壳体I壁上螺孔固定配合，而且固定在涡轮2轴向中间部位，双圈同轴光纤探头5与涡轮叶片端的距离为0.075mm?1.075mm。光纤涡轮流量计探头5为双圈同轴光强反射式光纤探头，双圈同轴光纤探头5采用多模玻璃光纤，中心为发射光纤6，同轴紧密排列两圈光纤为内圈接收光纤7和外圈接收光纤8。光强光纤垂直照射在涡轮表面，内圈接收光纤7和外圈接收光纤8分别接收反射光强；接收光纤所接收的光通过光纤传递至高精度光电转换器进行处理。发射光纤6和激光源相连接，内圈接收光纤7和外圈接收光纤8分别连接光电转换器。随着涡轮的转动，光纤涡轮流量计探头5可检测到涡轮叶片不同位置的反射信号，经光电转换、放大滤波得到流量的脉冲信号。光强反射式光纤的入射光源根据光电转换器选择，本实施例中选择红光作为光源。并且入射光照入流体腔内的涡轮表面时可排除外界光源和干扰影响。双圈同轴光纤探头5上的发射光纤和接收光纤的排布方式为:光纤的中心为一根发射光纤6，发射光纤的外围设有六根接收光纤形成第一组内圈接收光纤7，第一组内圈接收光纤7的外围设有十二根接收光纤形成第二组外圈接收光纤8。采用接收光强比值法，可消除对光源功率波动和反射面反射率变化的敏感性因素对测量的影响。双圈同轴光纤探头5外侧有探头护套4，探头护套4上前部有外螺纹。双圈同轴光纤探头5与管道壳体I连接时装有垫圈加强密封。本实施例管道壳体I采用合金材料是为保证在较高温度压力下的测量环境要求，以及封装壳体的强度和刚度要求。
【权利要求】
1.一种双圈同轴式光纤涡轮流量计，其特征在于:包括管道壳体、涡轮、导流架、探头护套、双圈同轴光纤探头、发射光纤、内圈接收光纤、外圈接收光纤，涡轮与导流架固连，位于管道壳体内，管道壳体壁上有螺孔，双圈同轴光纤探头垂直于管道壳体轴线方向与管道壳体壁上螺孔固定配合，且位于涡轮轴向中间部位，双圈同轴光纤探头与涡轮叶片端的距离为0.075mm?1.075mm ;所述双圈同轴光纤探头米用多模玻璃光纤，中心为发射光纤，同轴排列两圈光纤为内圈接收光纤和外圈接收光纤，双圈同轴光纤探头外侧有探头护套，探头护套上前部有外螺纹。
2.根据权利要求1所述的双圈同轴式光纤涡轮流量计，其特征在于:所述探头护套材料为招合金。
【文档编号】G01F1/28GK204085542SQ201420470375
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】郭迎清, 杜玉环, 薛海东, 贺琛, 张小栋 申请人:西北工业大学