小口径光纤涡轮流量计的制作方法

专利名称:小口径光纤涡轮流量计的制作方法
本实用新型属于流量测量仪表，是一种小口径光纤涡轮流量计。
与本实用新型可以对比的现有技术是日本航空宇宙技术研究所于1985年7月在《计装》刊物上发表的光纤涡轮流量计〔计装1985V01.28.N02〕，其口径为φ＝15.8mm(5／8in)，光纤传感器结构采用导光光纤束和受光光纤束，混合于一起组成，由光－－电转换器检测其反射光的变化率以求得其流量。但该光纤涡轮流量计之不足之处在于背景光干扰较大，信噪比较低(在10db以下)，而且当流速降低时其测量信噪比也随之降低，影响测量精度的提高。另外，它采用的光源功率过大，价格昂贵，成本较高。
本实用新型的任务是提供一种高精度的小口径光纤涡轮流量计，以解决在小口径流量测量过程中提高测量精度，满足现场工业测量的需要。
本实用新型的设计方案是将光纤传感器中的导光光纤束和受光光纤束设计成同轴型结构，其导光光纤束和受光光纤束在同轴的尾部呈Y型分出后分别与导光光纤束光源和光敏元件相连。导光光纤束光源采用半导体二极管2GLB，减少了功率，降低了成本。光敏元件采用半导体光敏三极管3DU2C，作为高灵敏度检测器。在信号放大器内装有一个锂电池SR1130W作为辅助电源，提高其稳定性和可靠性。将光敏元件3DU2C一端与辅助电源SR1130W连接，另一端与信号放器F007相连。在涡轮轴芯表面进行涂黑处理，减少在测量过程中背景反射光的干扰，提高其信噪比。
附图1是小口径光纤涡轮流量计结构示意图。
附图2是同轴型光纤传感器的结构示意图。
附图3是弱光信号放大器电气方框原理图。
本实用新型实施例结合附图描述，如附图2所示将光纤传感器内的导光光纤束〔4〕外套一根不锈钢套管〔16〕，在不锈钢套管〔16〕外包一层受光光纤束〔3〕，再在受光光纤束〔3〕外圈套一根不锈钢保护套管〔14〕，组成同轴型光纤传感器〔6〕。如附图1所示导光光纤束〔4〕与受光光纤束〔3〕在同轴的尾部〔5〕呈Y型分出后分别与导光光源〔2〕和光敏元件〔1〕连接。如附图3所示导光光源〔2〕采用2GLB半导体二极管D1，减少了光源功率，降低了成本。光敏元件采用3DU2C半导体光敏三极管作为高灵敏度检测器。光敏元件的一端与F007信号放大器BD1相连，另一端与辅助电源SR1130W连接。如附图1所示将同轴型光纤传感器〔6〕插入涡轮壳体〔13〕，使同轴型光纤传感器的下部端面〔8〕与涡轮壳体〔13〕的内孔表面对齐并与涡轮叶片〔9〕的端面反射体垂直对准，用压紧螺栓〔7〕通过压板〔12〕将同轴型光纤传感器〔6〕固定在壳体〔13〕上。
当流体通过涡轮时，推动涡轮叶片〔9〕旋转，来自导光光纤束光源〔2〕的入射光线，在旋转的涡轮叶片〔9〕端面反射出的微弱的散射光脉冲信号由受光光纤束〔3〕传递给光敏元件〔1〕进行光－－电转换成微弱的电信号，将该电信号输入到一个内接一个锂电池SR1130W为辅助电源的弱光信号放大器〔11〕进行放大处理，再经过转换得到涡轮转速，从而获得流体的流量。由于将涡轮轴芯〔10〕表面经过涂黑处理，减少了反射光的干扰，提高了信噪比和测量精度。
将本实用新型按装在φ＝4mm和φ＝10mm的小口径流量管道内测量水流量，在单机不更替的情况下经过20次的试验测试，无一次失效，其测试数据的均值列表如下
从上述表中的试验数据表明，本实用新型的工作性能稳定可靠，测量过程中的信噪比大于20db，检测范围可达45～1700赫芝／每秒，分辨率高，并在流速极其缓慢的情况下，仍能测出其流量，保持大于20db的信噪比。
本实用新型的优点是在测量过程中减少了背景光的干扰，信噪比得到了改善，可在现有技术上提高5db～10db的信噪比。与内磁式涡轮流量计比较，量程可提高2～4倍。检测范围扩大，可达45～1700赫芝／每秒。减少了光源功率，降低了成本。工作性能稳定可靠。
权利要求
1.一种由光纤传感器、涡轮、弱光信号变送器组成的小口径涡轮流量计，其特征在于a.光纤传感器结构中的导光光纤束和受光光纤束为同轴分布型，在导光光纤束外套一根不锈钢套管，在不锈钢套管外圈包一层受光光纤束，再在该受光光纤束外圈套一根不锈钢保护套管。b.涡轮轴芯表面涂黑c.弱信号变送器内装有一个锂电池辅助电源，光敏元件3DU2C一端与辅助电源相连，另一端与弱信号放大器输入端相连。
专利摘要
本实用新型是一种高精度的小口径光纤涡轮流量计，涡轮轴芯表面采用涂黑工艺，涡轮壳体中部装入同轴型光纤传感器，以及在信号变送器内装入一个辅助电源(信号)放大器等，在检测过程中减少了背景光干扰，提高了弱信号处理质量，改善并提高了信噪比，增加了信号的稳定性。在测量小流量时，信噪比可改善5～10db，当频率越低时，信噪比改善越高，其测量范围可达45Hz～1700Hz/Sec，可应用于石油、化工、电厂等领域内的气体、液体流量计量。
文档编号G01F1/05GK87201119SQ87201119
公开日1988年1月6日 申请日期1987年3月10日
发明者范德林, 鲍友良 申请人:机械部上海工业自动化仪表研究所