一种基于光纤光栅的靶式流量传感器的制作方法

本实用新型涉及流量检测领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的靶式流量传感器。

背景技术：

步入现代社会以来随着科学技术的发展，流量的测量在石油、化工、生物医学、能源计量、环境监测的领域占据着举足轻重的地位。目前，靶式流量传感器多是通过流体流经靶盘时对靶盘产生一个压力，使得与靶盘相连的悬臂梁产生形变，通过电式应变传感器测得应变并转换为电信号输出，最后得到流量数据。但由于所用传感器为电式传感器易受外界电磁场的干扰，对测量环境的要求较高，因此限制了其使用范围，且传感器上的电子元件易受流体腐蚀，从而影响传感器测量精度。

光纤光栅是近年来出现的一种新型光学无源器件，其中光纤布拉格光栅对温度和应力极为敏感，通过检测光纤光栅中心波长的变化反映外界温度和应力的变化，能够有效地监测温度、应力、形变等物理量，因其具有柔性好、抗电磁干扰强、灵敏度高和体积小等优点而具有广阔的应用前景。

基于光纤光栅的靶式流量传感器设计原理在于光纤光栅在张力的作用下波长变化与张力大小成线性关系。水流检测是测量技术中最基本的测量项目之一，一种基于光纤光栅的靶式流量传感器利用光纤光栅的优点准确的测量流速。例如，专利cn108548572a即公开了一种光纤光栅靶式流量计，流体流经流量传感器对受荷片产生力的效果，再经由接触杆与传力杆组成的杠杆传递至连接杆，与接触杆相连接的悬臂梁便会弯曲，悬臂梁底部张力最大，粘贴在悬臂梁底部的光栅便会产生相应的波长移位。然而，受到温度的影响，这一结构的靶式流量传感器的测量精度偏低，而且并不能检测流体温度。

因此，为解决上述问题，就需要一种基于光纤光栅的靶式流量传感器，有效提高测量精度，同时还能实现流量与温度的同时检测。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于光纤光栅的靶式流量传感器，有效提高测量精度，同时还能实现流量与温度的同时检测。

本实用新型提供了一种基于光纤光栅的靶式流量传感器，包括三通管、靶盘、悬臂梁、端盖、传导光纤及光纤光栅，所述三通管呈“⊥”形且其下端两侧管口用于与待测管道连通、上端部管口用于与端盖密封连接，所述悬臂梁的上端连接于端盖、下端连接于靶盘，所述传导光纤的一端与光纤光栅连接、另一端从靶盘穿出并用于与外部解调设备相连；设置两根所述光纤光栅及两根对应的所述传导光纤，其中一所述光纤光栅连接在悬臂梁上、另一所述光纤光栅连接在靶盘后部。

作为一种优选的技术方案，两所述光纤光栅均通过粘接方式连接于悬臂梁及靶盘。

作为一种优选的技术方案，所述靶盘、悬臂梁及端盖采用一体加工制成一体式靶，该一体式靶的中心设有用于供传导光纤穿过的通孔。

作为一种优选的技术方案，所述靶盘及悬臂梁均为圆柱体结构，且所述靶盘的轴线垂直于悬臂梁的轴线。

作为一种优选的技术方案，所述靶盘直径与三通管管径的靶径比为0.5，且所述靶盘的轴线与三通管下端两侧管口的轴线同轴。

作为一种优选的技术方案，所述三通管的三个管口均设有法兰，所述端盖设有与三通管的上端部管口处法兰配合连接的连接孔。

作为一种优选的技术方案，连接在悬臂梁上的所述光纤光栅位于悬臂梁中部。

与现有技术相比，本实用新型的一种基于光纤光栅的靶式流量传感器具有以下有益技术效果：

第一，两根光纤光栅中，一根设于悬臂梁上，当悬臂梁产生屈服变形和温度变化时，使得该光纤光栅的中心波长发生变化；另一根设于靶盘后部，由于靶盘不会产生屈服变形，因此该光纤光栅的中心波长只受温度变化的作用；两根光纤光栅通过传导光纤与外部解调设备相连，采用参考光栅法即可计算分析得到管道流体流量与温度信息，有效提高了测量精度，实现流量与温度的同时检测；

第二，端盖、圆柱悬臂梁和靶盘采用一体式加工，制成的一体式靶可有效减少流量传感器的可动部件，提高了流量传感器结构的稳定性，进一步提高测量精度；

第三，空心圆柱结构的悬臂梁可以有效减小流体的压力损失，进一步提高测量精度；

第四，三通管的各管口设置法兰，便于与待测管道及端盖的安装及拆卸，提升了流量传感器使用的便利度。

附图说明

图1为本实用新型的主视剖面示意图；

图2为本实用新型的侧视示意图；

图3为本实用新型的三通管主视剖面示意图；

图4为本实用新型的三通管俯视示意图；

图5为本实用新型的一体式靶主视剖面示意图；

图6为本实用新型的一体式靶侧视示意图。

图中：1-三通管；2-靶盘；3-悬臂梁；4-端盖；5-传导光纤；6-光纤光栅。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图6所示：本实施例提供了一种基于光纤光栅的靶式流量传感器，包括三通管1、靶盘2、悬臂梁3、端盖4、传导光纤5及光纤光栅6，所述三通管1呈“⊥”形且其下端两侧管口用于与待测管道连通、上端部管口用于与端盖4密封连接，所述悬臂梁3的上端连接于端盖4、下端连接于靶盘2，所述传导光纤5的一端与光纤光栅6连接、另一端从靶盘2穿出并用于与外部解调设备相连。

三通管1具有三个管口，其中下端两侧管口与待测管道连通，上端部管口与端盖4密封连接(“上”“下”以图1所示为准)，下端两侧管口同轴设置，上端部管口的轴线则垂直于下端两侧管口的轴线。流体冲击靶盘2时，靶盘2受力并使得悬臂梁3产生屈服变形。该光纤光栅6靶式流量传感器可抗电磁干扰、耐腐蚀、测量精度高、结构简单、安全可靠，其基本测量原理与现有技术一致，在此不再赘述。

本实施例所提供的一种基于光纤光栅的靶式流量传感器，其主要改进就在于，流量传感器设置了两根所述光纤光栅6及两根对应的所述传导光纤5，其中一所述光纤光栅6连接在悬臂梁3上、另一所述光纤光栅6连接在靶盘2后部。两传导光纤5与两光纤光栅6一一对应，实现两光纤光栅6的独立测量。靶盘2后部是指靶盘2背向流体流向的一个侧面。两所述光纤光栅6均优选通过现有的粘接方式连接于悬臂梁3及靶盘2，例如采用环氧树脂粘贴。优选地，连接在悬臂梁3上的所述光纤光栅6位于悬臂梁3中部，该光纤光栅6的中心与悬臂梁3中心重合。

流体流经三通管1冲击靶盘2时，靶盘2受力并传递至悬臂梁3，使得悬臂梁3产生屈服变形，致使粘贴于悬臂梁3上的光纤光栅6受应变与温度的影响中心波长产生漂移；由于圆柱靶盘2不会产生屈服变形，因此粘贴于其上的光纤光栅6的中心波长只受温度变化的作用，两根光纤光栅6通过传导光纤5与外部解调设备相连，经计算分析得到管道流体流量与温度信息，采用参考光栅法解决了交叉敏感问题并实现了流量与温度的同时检测。

本实施例中，所述靶盘2、悬臂梁3及端盖4采用一体加工制成一体式靶，该一体式靶的中心设有用于供传导光纤5穿过的通孔；传导光纤5从通孔引出；当然，在传导光纤5引出后通孔需要形成密封结构；端盖4、圆柱悬臂梁3和靶盘2采用一体式加工，制成的一体式靶可有效减少流量传感器的可动部件，提高了流量传感器结构的稳定性，进一步提高测量精度。

本实施例中，所述靶盘2及悬臂梁3均为圆柱体结构，且所述靶盘2的轴线垂直于悬臂梁3的轴线；靶盘2的轴线平行于三通管1下端两侧管口的轴线，悬臂梁3的轴线则与三通管1上端部管口的轴线重合；该结构可以有效减小流体的压力损失，进一步提高测量精度。

本实施例中，所述靶盘2直径与三通管1管径的靶径比为0.5，且所述靶盘2的轴线与三通管1下端两侧管口的轴线同轴；靶盘2具体为圆盘结构，其直径为三通管1管径的1/2；采用这以结构，有利于减小流体的压力损失，进一步提高测量精度。

本实施例中，所述三通管1的三个管口均设有法兰，所述端盖4设有与三通管1的上端部管口处法兰配合连接的连接孔；法兰与三通管1一体成型，便于加工制造，并提高连接稳固度；法兰的设置便于与待测管道及端盖4的安装及拆卸，提升了流量传感器使用的便利度。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。