测量流体参数的装置、测量流体参数的方法和计算机程序产品与流程

文档序号:13426382
测量流体参数的装置、测量流体参数的方法和计算机程序产品与流程

在各种工业机械中,存在对于准确地了解各种过程中的质量流量的重大需求,即发动机性能监测和优化,过程或生产控制,计量应用。相关应用是(石油)化学工业,例如炼油厂,在这里,处理单元分散在大面积范围并暴露于恶劣环境中,通常需要从集中控制室对不同处理单元之间的大量的液体流动进行不间断的监测。

这对海运业也具有特殊的意义。近年来,排放要求变得更加严格。随着政府希望通过进一步减少船舶的排放来尽量减少工业对环境造成的影响,这一趋势可能会继续下去。

为了进一步减少排放,必须进行发动机性能的监测和优化。而发动机性能的监测和优化技术依赖于燃料供应过程中精确的流量测量。

科里奥利效应是众所周知的效应,其可以用于,例如,待精确提取的流量参数的高精度测量,例如质量流量速度、密度、和体积流量速度。其优点包括可以直接测量质量流量速度,而不是体积流量速度,因此不受密度波动的影响(即,由温度变化或化学成分变化导致)。通过使用科里奥利效应来测量流过管的流体的不同参数的装置在本文中将被描述为科里奥利流量计。

基本上,科里奥利流量计的作用原理在于,使(一对)管发生振荡并测量管的不同位置的振荡振幅、频率和相位,并将其与质量流量速度和流体密度相关联。

在实践中,科里奥利流量计通过以下方式实现:使用相对于参考框架振荡的单个管;使用具有平行流的双振荡管,在管上引起的振荡之间的相位差优选为180°;使用具有反向平行流的双振荡管,同相振荡;使用各种可选几何排布的振荡管,诸如直线形、曲线形、U形、V形、三角形、欧米茄形、S形或Z形的管;或使用旋转管。

通常,科里奥利力导致沿着确定的方向移动的质量被迫改变方向,矢量分量垂直于确定方向的效果。在振动系统中,方向的改变在不断的变化。因此,科里奥利力也在不断变化。除了振荡运动之外,还出现动态扭曲运动,由振动动作引起。通过测量该扭曲运动,可以获得质量流量测量。

典型的,该测量由传感器进行,传感器放置在管上科里奥利力引起的管的位移变化最大的位置处。从传感器测量中获得两个数据值。首先,计算流量管的一个位置和流量管的另一位置之间的相位滞后,由此通过在所述两个测量位置相对于流动方向具有角速度差异来选择第一和第二测量位置以使得所述位置处的科里奥利力的差异是不同的。其指示的是相对质量流量。此外,管的共振频率与被测材料的相对密度有关。通常这些测量经过温度补偿。

利用电气检测系统的科里奥利流量计受到电传感器的一些已知局限的困扰。即,来自以下各项的影响,电信号串扰、电磁场、运行环境例如温度的限制、为保证高流量计精度而对局部的和高精度的信号处理的需求。特别地,后者对每个单元高精度局部信号处理的需求导致每个测量点的成本较高。

此外,燃料供应系统中的环境可能是危险的。流量计和感测电子可能会暴露在高温和有害/腐蚀性液体中。在某些应用中,感测电子可能会有爆炸的危险。

值得注意的是,专利公布US 7117751和US 6722209公开了一种科里奥利流量计,其中使用诸如法布里-珀罗干涉仪或通过在光路中检测管或通过象限检测的自由空间检测技术,实现了光学数显装置。在实践中,自由空间光学解决方案受到对于各种光学部件的高精度高稳定性对准的需求的困扰。这些部件容易受到环境中的污染,其干扰引导的光或者致使污染在反射面或透射面形成,随时间过去导致光信号丢失和漂移。

此外,在已知的科里奥利流量计中,光纤以弯曲的形状附接在振荡的一对管之间,这样两个管之间的距离变化导致光纤的弯曲半径的变化,光纤的弯曲半径的变化然后可以通过光传输的变化来检测。然而,光传输损耗测量是非常不准确的。此外,为了分析光传输损耗,需要获得关于光源输出功率等级和沿传输光纤上的功率损耗的相关信息。

本发明的目的是提供用于测量流体参数的装置,包括科里奥利流量计,其中至少一个上述缺点被减少了。另外,根据本发明的一方面,提供了一种用于测量流体参数的装置,其包括根据前文所述的科里奥利流量计,其中所述位移传感器被布置用于测量光纤长度变化。

通过布置用于使用诸如基于FBG传感器的应变敏感光纤来测量光纤长度变化的位移,获得了多个优点,包括:对电振荡驱动效应的不敏感性;对管内的导电流体可能引起的感应效应的不敏感性;对诸如船舶、工厂或发动机室的安装环境中的电磁噪声的不敏感性;以及长距离远程询问振荡的能力,从而可以使用远程位置处的一个中央数据处理和记录点。中央数据处理和记录系统可以询问多个科里奥利流量计或任何其他基于应变的光学传感器,例如多达25个感测点,实现较多的成本节约。

在特定实施例中,诸如基于FBG的传感器的应变敏感光纤可以用于测量光纤长度变化。在另一个实施例中,位移传感器被布置用于使用干涉测量技术来测量光纤中的光程长度变化。

此外,可以通过在科里奥利流量计系统的流入口点和流出口点附近使用相同的传感器,从一个提供自动校准的相位差测量的中心数据处理点直接进行差动测量,导致了与单个测量相比差动流量精度的提高。此外,可以在中心点监控漂移、校准和与传感器网络其他地方的变化的互相关。并且,使用了光纤技术的光纤长度变化测量对光传输损耗具有鲁棒性,较少受外部光纤的影响,并且大多对外部效应免疫。

通常地,使用光纤进行感测受到以下事实的阻碍:需要检测的力是微小的,并且在与玻璃一样硬的材料中产生的拉伸被发现是有限的。然而,根据一方面,可以通过变细的光纤和高刚度流量管的结合来克服这个问题,由此,与流量管的刚度相比,光纤的刚度变得可忽略,甚至管的小的运动都等量的转移到光纤。

在另一个实施例中,由于在一些应用中管的长度级别和光纤的长度级别之间的大级别失配,优选地将管的运动聚焦到检测光纤的一小部分上。这可以通过连接光纤部分的直径改变来实现,由此与具有更大厚度(例如在大约125μm至大约2000μm的范围内)的连接光纤的其余部分相比较,光纤的直径在短距离长度(例如大约2-20mm长)上减小例如,至大约30μm至大约125μm的范围。这可以通过化学或机械蚀刻减少光纤直径或通过在热处理中逐渐变细的方法来实现。这还可以通过将已经较细的光纤,例如直径在大约30μm到大约125μm的范围内,插入具有大得多的外径和壁厚的玻璃管或毛细管中实现。在优选的方法中,光纤和玻璃毛细管之间的间隙应该是微小的,并且优选地用高弹性模量材料填充,其优选地与光纤涂层的化学性质相同。这种方法保证了管的总运动导致细化部分的拉伸。

在基于光纤布拉格光栅的传感器中,上述直径的变化是特别有利的,其中光栅长度经常通过光纤制造过程限制在大约2-20mm,并且所获得的光谱偏移与光栅上的应变成正比,光栅的有效总长度变化除以原始光栅长度。

通过提供用于测量光纤长度变化的测量装置,例如基于应变的解决方案,本申请提供了可重现的和可控的测量系统,其具有固有的高精度性能,并且不需要提供关于光源的信息。

此外,可以对测量光纤长度变化的方法进行多路复用,使得多个测量点可以位于一根光纤上,每个点都能在适当位置被良好地识别。此外,可以将其它传感器添加到此单根光纤上。例如,可以在感测链上添加光纤加速度计、压力传感器或光纤温度传感器。在许多流量应用中,流量压力的测量是特别有价值的,并且光纤压力计可以集成在同一根光纤中,以允许通过管道上的端口进行局部压力测量。

测量光纤长度变化的原理允许更精确地抵消/校正温度感应的效应,例如在FBG应变传感器上,作为参考点,相同的温度敏感度可以容易地被定位在紧邻的位置。此外,对流量的局部温度信息的提取可以帮助确定和从管到的振动特征中记录的密度变化的相关性,以理解流体密度的变化是否来自杂质或化学变化或温度变化。

多个传感器(包括科里奥利流量计和/或其它传感器)在一个平台上使用单根光纤的测量,提供了能够使用一个询问单元询问船舶上的所有燃料流量传感器的优势。或者,可以用同一询问单元询问流量传感器和其它的船舶传感器。

本发明还涉及用于在科里奥利流量计的流量管中测量流体参数的方法,该方法包括使用位移传感器感测流量管的位移的步骤,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化。

可选地,该方法还可以包括驱使科里奥利流量计的流量管进行振动和/或旋转的步骤。

可选地,流体参数可以包括体积流量、质量流量和/或密度。

如果用于测量流体参数的方法包括测量质量流量,则该方法可进一步包括驱使流量管进行振动和/或旋转的步骤。此外,使用位移传感器感测流量管的位移的步骤,其中位移检测步骤包括测量光纤长度变化,包括测量流量管上的第一位置相对流量管上的第二位置的位移。该方法还可以进一步包括将所测得的相对位移相关联以确定质量流量的步骤。因此,基于测得的相对位移,确定在科里奥利流量计中流动的流体的质量流量。

如果该方法涉及测量密度,则该方法可进一步包括驱使流量管进行振动和/或旋转;以及随后停止驱使流动管进行振动和/或旋转。应当理解,流量管可以被驱使进行振动和/或旋转预定的时间段。例如流量管可能通过推动或者通过振动流量管几秒钟(例如10秒钟)而被驱使进行振动。该方法还可以包括,基于使用位移传感器感测到的流量管的位移来确定衰荡频率,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化。衰荡频率对应于流量管的谐振频率。另外,该方法可以进一步包括将确定的衰荡频率相关联以确定密度。因此在已确定的衰荡频率的基础上确定在科里奥利流量计中流动的流体的密度。

可选地或另外地,如果该方法涉及测量密度,则该方法可以包括:对多个预定频率中的每个预定频率;驱使流量管以预定的频率进行振动和/或旋转;使用位移传感器感测流量管的位移,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化;确定流量管的位移处于其最大值的预定频率。这被称为最高振幅或峰值振幅。该方法可以进一步包括将对应于峰值位移的预定频率相关联以确定密度。因此,基于与流量管的峰值位移对应的预定频率,确定在科里奥利流量计中流动的流体的密度。多个预定频率可以对应于对给定间隔的频率范围的频率扫描。

以这种方式,可以根据可选的方法测得密度。所述方法可以包括使用这两种方法来提供更可靠的测量或使用单一的方法。

在该方法涉及测量体积流量的情况下,该方法包括:基于位移传感器感测到的流量管的位移来测量质量流量,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化;基于使用位移传感器感测到的流量管的位移测量密度,其中所述位移感测步骤包括测量光纤长度变化;基于测得的质量流量和测得的密度来测量体积流量。

此外,本发明涉及计算机程序产品。计算机程序产品可以包括存储在数据载体上的一组计算机可执行指令,诸如但不限于闪速存储器、CD或DVD。允许可编程计算机执行如上所定义的方法的一组计算机可执行指令,也可用于从远程服务器进行下载,例如通过因特网,例如作为一个应用。

在所附权利要求中描述了根据本发明的其它有利实施例。仅作为示例,现在将参考附图描述本发明的实施例,在附图中

图1示出了包括科里奥利流量计的用于测量流体参数的装置的示意性立体图;

图2示出了根据本发明的第一实施例的装置的示意图;

图3示出了图2的装置中的具体的应变敏感光纤的详细示意图;

图4示出了根据本发明的第二实施例的装置的示意图;

图5示出了根据本发明第三实施例的装置的示意图;

图6示出了根据本发明第四实施例的装置的示意图;

图7示出了根据本发明第五实施例的装置的示意图,

图8示出了根据本发明的方法的实施例的流程图;和

图9示出了根据本发明的第二实施例的方法的流程图。

附图仅仅示出了根据本发明的优选实施例。在附图中,相同的附图标记表示相等或相应的部分。

图1示出了包括科里奥利流量计的用于测量流体参数的装置70的示意性立体图。如图所示,流量计包括在平行方向F上具有相等流量速度的两个U形管71、72。流量计还包括驱使两个管71、72在管71、72的U形弯头B1、B2内的所有位置振动的致动器(未示出)。在所示的装置中,在每个管71、72的各自弯头中,测量位置8a、8b、9a、9b设置在振动致动位置B1、B2的上游和下游的两个平行位置。

在图1所示的实施例中,在管道之间引起的振动中,流量管优选地以180°相位差振荡。也可以应用其他流量管构造,即,使用具有反向平行流的双振荡管道,同相振荡;或使用其它的流量管几何形状,例如直的、弯曲的、U形的、V形的、三角形的、欧米茄形的、S形或Z形管道;或使用旋转管道。

图2示出了根据本发明的第一实施例的用于测量流体参数的装置70的示意图,包括科里奥利流量计1。该示意图实际上是图1所示装置的单根管的中心部分的俯视图。然而,具有沿一个或另一个方向流动的单根直管也可以如图2所示形成。流量计1被布置用于测量流量参数。流量计1包括单根流量管2和驱使流量管2进行振动的振动致动器(未示出)。流量计1进一步包括用于感测流量管2的位移的位移传感器。位移传感器被布置用于测量光纤长度变化,并且包括实现为光纤布拉格光栅(FBG)光纤3的应变敏感光纤。FBG光纤3集成在传输光纤4中,使得FBG光纤3的光谱可以被本地或远程扫描。

FBG光纤用于在特定位置,优选地在两个测量点之间由于科里奥利力引起的位移差达到最大的位置,检测流量管2的振荡频率、振幅和/或相位。通常,得到在单个或多个测量点处的振荡频率、振幅和/或相位。要注意的是,原则上可以应用任何其它应变敏感光纤,包括多芯光纤、双折射光纤、(例如基于布里渊散射检测的)分布式感测光纤、光纤激光器等。响应于光纤的长度变化,光纤在功能上表现出光学反射或透射光谱的变化。

在图2所示的实施例中,提供了包括集成在对应传输光纤4、6中的FBG光纤3、5的两个位移传感器,每个位移传感器位于流量管2上的测量位置8、9处,优选地位于流量管2的外壁。然后,应变敏感光纤3、5固定至流量管2的相对的测量位置8、9,例如直接固定在流管2的外表面上。光纤3、5跨接在一方面的流量管2的测量位置8、9和另一方面的固定地7之间。致动器可以位于流量管2的中间位置,从而在测量点之间实现最大的振动相位差。在作业期间,流量管2沿横向于流动方向F的方向V振动。这导致管道不同的位置处(例如流量管2的位置8、9,取决于管的形状)出现了具有不同相位和振幅的科里奥利力。然后,流量管2的测量位置8、9在任何给定的时刻以不同的量被拉伸。拉伸差异可以通过比较跨接在流量管测量位置8、9和固定地7之间的应变敏感光纤3、5的位移测量来确定。在一个实施例中,从两个应变敏感光纤部分获得的振荡信号之间的相位差将被记录并用于确定通过管道部分的质量流量速度。另外,或者可选地,振荡信号的振幅数据可以用于确定流量数据。原则上,应变敏感光纤可以固定在流量管的其他位置,例如取决于流量管的几何形状。

第一位移传感器因此可以用于测量流量管的第一位置的位移,同时第二位移传感器可以用于测量流量管的第二位置的位移。然后,得到绝对位移测量。绝对位移测量可以用于获取相对位移测量数据,用于重新得到流量数据和/或质量密度数据。此外,位移传感器可以用于直接感测相对位移。这时,传感器被布置用于感测流量管上的第一位置相对于流量管上的第二位置的位移。通常,测量位移的振幅数据和/或频率/相位数据以进行进一步处理。

在所示实施例中,两个FBG光纤3、5集成在不同的传输光纤4、6中。然而,通常,多个应变敏感光纤可以集成在单根传输光纤中。当应变敏感光纤的应变敏感光谱不同时,仍然可以使用单根传输光纤进行位移测量,例如通过扫描一个或多个波长范围,在此范围内来追踪光谱特征如透射或反射中的峰值或下降。

图3示出了在装置70中的具体的应变敏感光纤3的详细示意图。这里,应变敏感光纤3以具体的方式实现。应变敏感光纤3具有长度为L的应变敏感部分63和邻接所述应变敏感部分63的端部的两个部分61、62。应变敏感部分63的直径R1小于邻接光纤部分62的直径R2,优选地小于两个邻接光纤部分的直径。通过在具有减小的直径的光纤部分中设置应变敏感部,由于拉伸效应被集中在具有减小直径的光纤部分中,位移传感器的灵敏度显着增加。优选地,应变敏感部分63的长度L相对较短,以便最大的从测量灵敏度的增加中获益。应变敏感部分63分别通过长度为L’的第一光纤4a和长度为L”的第二光纤4b,跨接在管8上的固定点P1和固定地7上的固定点P2之间。第一和第二光纤4a、4b具有相邻光纤部分61、62直径R2。通常,如果R1被认为小于R2,灵敏度增加一个因子,该因子主要等于管上的固定点P1和固定地7上的固定点P2之间的光纤的总长度(即L’+L”+L)除以应变敏感部分63的长度L。

图4示出了根据本发明的第二实施例的装置。这里,科里奥利流量计1包括平行布置的两个流量管2a、2b,也称为管道。每个流量管端部固定到FBG光纤3a、3b、5a、5b的第一端部用于测量位移。类似于图2所示的测量装置,其他FBG光纤端部连接到固定地7。再次的,每个FBG光纤被集成在相应的传输光纤4a、4b、6a、6b中。可选的,特定的传输光纤可以包括多个FBG光纤。作为示例,流量管2a、2b的相应端部的FBG光纤(例如在左侧的第一测量位置8a、8b处的FBG光纤3a、3b)可以集成在单根传输光纤6中。驱使流量管2a、2b振动的致动器10现被明确的示出。在示例性实施例中,其在图1中有更详细的示出,系统1包括在平行方向具有相等流量速度的两个U形管。振动致动器10形成主动驱动,驱使两个管分别在管的U形的弯头中沿相反的方向振动。测量点位于振动位置的上游和下游的两个平行位置,即,在U形的弯头之前和之后。所述平行测量点对应于图2中的管的第一和第二测量位置8、9。

通常,应变敏感光纤可以被布置用于感测绝对位移(即,相对于固定地),或用于感测相对位移,例如流量管的相应部分之间的距离。感测光纤优选地布置为跨接待测量的位移距离,使得管的振动将被检测为在感测光纤长度中的变化。可以直接使用FBG测量长度的变化。

在优选实施例中,使用具有波长扫描激光源的光学询问器远程监控光纤的拉伸,以使得对FBG的反射波长变化的精确记录被用作光纤位置处的管道振动的指示,并且两个或更多个位置处的振动之间的相位差可指示管道中的质量流量速度。

此外,利用相同光纤感测方案还记录下来的管道的(共振)振动频率,可以用作关于流体密度的信息。然后此信息除了可以用于计算质量流量速度以外,还可以用于计算体积流量速度。使用光学检测方案允许从远程位置进行高频率测量,而不存在传感器之间或致动方案间的信号串扰,并且同样允许非常准确地确定流体密度。

图5示出了根据本发明第三实施例的装置。这里,各流量管2a、2b的左侧的第一端8a、8b之间的相对位移,使用在固定点T1、T2、T3、T4连接到两个管的单个FBG光纤3来测量。然后,传感器被布置用于感测流量管上的第一位置相对于流量管上的第二位置的位移。类似地,使用另一个FBG光纤5测量各个流量管2a、2b的右侧的第二端9a、9b之间的位移。FBG光纤3、5被集成在单根传输光纤21中。两个感测光纤区位于具有可以同时被询问的波长复用光栅的一根光纤上。如下面更详细地解释的,单根传输光纤21还包括一个或多个FBG,FBG的波长被用作对含有流量的管道或环境的温度指示,用于产生关于流体或关于对外部影响的补偿的附加的和/或更准确的信息。

为了达到测量管位移的目的,系统还包括控制单元20,控制单元20被布置用于扫描FBG光纤3、5的光谱。优选地,控制单元20是高速高精度波长扫描询问器系统。可以通过应用透射测量和/或反射测量来扫描光谱。可选的,控制单元被布置用于测量光程长度变化,如参照图6更详细地描述的那样。

此外,控制单元可以被布置用于触发致动器作业的开始和/或终止。控制单元还可以被布置用于确定流量管上的第一位置相对于流管上的第二位置的相对位移,例如在绝对位移测量的基础上。

在图5所示的实施例中,系统1还设置有两个附接到各个流量管2a、2b的加速度计22、24,和两个附接到各个流量管2a、2b的温度传感器23、25。通过使用加速度计,可以检测振荡流量管的振动和/或外部振动,从而可以提供对于外部干扰的补偿,实现了更高的精度和更高的分辨率。类似地,通过测量温度,对测量和/或流体性质的热效应可以得到补偿。特别地,可以使用一个或多个FBG来检测非常接近的温度,以抵消对用于检测流量管振动的FBG的热效应。

显然,该系统还可以具有更多或更少的加速度计和/或温度传感器,比如四个加速度计和三个温度传感器。此外,在没有加速度计或没有温度传感器的情况下,该系统也可以实现。有利地,加速度计已被实现为光纤加速度计,而且温度传感器已被实现为光纤温度传感器。然后,加速度计和温度传感器可以集成在还包括FBG 3、5的传输光纤21中,使得单根传输光纤就可用于测量位移、振动和温度。通过在其他光栅波长应用具有温度敏感性的光纤温度传感器,而不是其他传感器,可以不受其他光纤测量干扰地感测温度。这同样适用于光纤加速度计。可选地,加速度计和/或温度传感器集成在用于单独扫描目的其它传输光纤中,或者使用另一技术实现,例如使用电子设备。

作为使用应变敏感光纤测量光纤长度变化的替代方案,还可以布置位移传感器用于测量光程长度变化。通过应用干涉测量方法,可以确定管之间距离的变化。有几种干涉方案可以应用。

在第一干涉测量装置中,可以应用如图5所示的类似配置,前提是FBG光纤3、5被管8a、8b、9a、9b上的固定点T1、T2、T3、T4处的由反射元件界定的常规光纤所取代。在所述反射元件之间形成有效光学腔的条件下可以使用法布里-珀罗干涉法,例如,实现为具有部分反射率的FBG和在管固定点T1、T2、T3、T4处充分重叠的反射光谱,这样来自至少两个FBG的至少两次的反射或透射的干涉光谱产生在各个管上的相对固定点T1、T2、T3、T4之间的距离的精确指示,从而可以精确地测量管道的局部运动。这里,FBG不用作直接应变传感器,而是用作具有特定反射波长的部分反射镜,使得FBG之间的间隙可以用干涉法测量。在所示示例中,第一FBG附接在第一管2a的第一固定点T1处,而第二FBG附接在第二管2b的第一固定点T2处。第一和第二FBG使用常规光纤互连以实现干涉测量。可以在管的另一端9a、9b处应用类似设置,形成管的第二测量点,并且至少两个振荡测量可以被分析用以确定管振动的振幅和相位,以计算质量流量和密度。成对的FBG之间的多个测量部分被集成在同一根传输光纤21中,每个部分都以波长复用或时分复用的方式被单独地询问。可选的,可以应用多根传输光纤,每根传输光纤包括单对FBG。直接FBG询问和干涉测量的组合也可以被实现。

在第二干涉测量装置中使用了马赫–曾德尔干涉测量法。图6示出了根据本发明第四实施例的装置的示意图。这里,流量计包括发送单元30、光分路器31和将发送单元30与分路器31互相连接的第一光纤33。此外,光分路器31被布置用于分析反射信号的相位差。流量计还包括两个平行光纤34、35,每个光纤34、35在不同的测量位置41、42和43、44处被连接到两个管2a、2b。管2a、2b上的测量连接点41、42和43、44之间的平行光纤34、35的光纤部分34a、35a的长度,取决于连接到光纤部分34a、35a的管位置的时间相关位置变化。在作业期间,来自第一光纤33的入射光束被分离并通过连接到振动流量管的两个部分的两个平行光纤34、35传播。在平行光纤34、35的端部反射之后,光束在分路器31处被重新组合,用于在询问器单元30(优选地位于远程位置)中分析它们的相位差,从而使得光纤部分34a、35a之间的路径长度差的变化由干涉光精确的测量。在优选实施例中,分离线之间的光强度比例相等,但也可以基于不同的情况进行调整。有利地,发送光束和分析光信号相位差的步骤可以在单个单元30中执行。此外,由于光束通过平行光纤34、35传播两次,获得了对光程长度变化的高灵敏度。在又一个实施例中,可以通过使用具有相同且足够的宽带反射特性的光纤布拉格光栅来实现从光纤端部的反射,光纤布拉格光栅位于42和44之后的非应变部分上,优选地与其紧邻。FBG的使用实现了将反射镜集成在可以实现波长复用的光纤中。在可选实施例中,流量计还包括连接在两个平行光纤34、35的端部的相位分析单元,使得在两个平行光纤34、35中传播的光束在所述相位分析单元中结合,用于测量光程长度差的变化。在某些情况下,分析单元可以是和30相同的单元或不同单元。

图7示出了根据本发明第五实施例的装置1的示意图。这里,装置1包括管52和驱使流量管52沿与流体流动方向F横向的方向V振动的振动致动器51。装置1还包括位于流量管52相对侧的固定地53。致动器51被布置用于引起管相对于固定的地53的振动。致动器51引起流量管52的摆动位移。在图7中,示出了管52在不同时刻的三个摆动位置56、57、58。在所示的实施例中,该装置包括被实现为应变敏感光纤54的第一位移传感器,应变敏感光纤54分别使用光纤55a、55b跨接在管52上的第一位置和固定地53之间。类似地,该装置包括被实施为应变敏感光纤59的第二位移传感器,应变敏感光纤59使用各光纤66a、66b跨接在管52上的第二位置和固定地53之间。然后,流量管52的位移在两个不同位置处被测量,以重新获得表征通过流量管52的流体流动的参数。

原则上,位移传感器可以以另一种方式实现,例如,如图1-6所描述的那样。

图8示出了根据本发明的方法实施例的流程图。方法100用于测量科里奥利流量计的流量管中的流体参数。该方法包括使用位移传感器感测流量管的位移的步骤,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化。

图9示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。该方法利用科里奥利效应测量流体参数,流体参数指质量流量、密度流量和/或体积流量。

步骤101包括驱使科里奥利流量计的流量管进行振动和/或旋转。在此实施例中,振动在流量管中引起。在步骤102中,第一判定操作确定测量质量流量还是密度。

对于确定质量流量,执行使用位移传感器感测流量管的位移的步骤103,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化,包括测量流量管上的第一位置相对于流量管上的第二位置的位移。在步骤104中,感测到的位移被相互关联,以在步骤105中,在所测得的相对位移的基础上确定质量流量参数。

第二逻辑运算符106确定是否测量密度。如果要测量密度,则存在两种执行此类测量的选项。

在第一种情况下,该方法进行至步骤110,其包括停止驱使流量管进行振动和/或旋转。在步骤111中,在使用位移传感器感测到的流量管的位移的基础上来确定衰荡频率,其中位移感测步骤包括测量光纤长度变化。

在第二种情况下,该方法进行至步骤120。在该步骤中,对于多个预定频率中的每个预定频率,流量管被驱使以预定频率进行振动和/或旋转。接下来,使用位移传感器感测流量管的位移。位移感测步骤包括测量光纤长度变化。对于多个预定频率的每个预定频率重复该步骤。在步骤111中,然后确定流量管的位移处于其最大值的预定频率。这被称为最高振幅或峰值振幅。

在步骤107中,将在步骤110和111中确定的频率和/或在步骤120和121中确定的频率相关联,使得密度在步骤108中被确定。明显的是,密度可以通过包括步骤110、111、107和108的分支和/或由包括步骤120、121、107和108的分支确定。

一旦密度和质量流量速度已知,则可以在步骤109中基于这些测量来确定体积流量。

在科里奥利流量计的流量管中测量流体参数的方法可以使用诸如FPGA和/或ASIC组件的专用硬件结构来执行。另外,也可以通过使用包括用于使计算机系统或控制单元的处理器执行本发明方法的上述步骤或至少一个测量光纤长度变化的子步骤的指令的计算机程序产品,来至少部分地执行上述方法。

所有步骤原则上可以在单个处理器上执行。然而,应当指出的是,至少一个子步骤可以在单独的处理器上执行。处理器可以加载具体的软件模块。可以设置有专用软件模块,例如从互联网。

本发明不限于这里所描述的实施例。应当理解,本发明可能有多个变型。

这些和其他对于本领域技术人员显而易见的实施例被认为落入如权利要求所限定的本发明的保护范围内。出于清楚的和简明描述的目的,本发明的特征在此被描述为相同或单独实施例的一部分。然而,应当理解,本发明的范围可以包括具有所描述的全部特征或某些特征的组合的实施例。

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