一种动量式流量传感器及其检测方法
【专利摘要】本发明提供一种动量式流量传感器及其检测方法，包括传感器探头和信号处理器，传感器探头包括压差传感器探头、检测箱和气源，压差传感器探头具有两个压力检测腔，每个压力检测腔内均对应设置有压力检测端，压力检测端与信号处理器相连，检测箱上具有流体入口和流体出口以使流体流经检测箱的内部，检测箱与两个压力检测腔分别通过一个流体通路相连通，气源设置于两个流体通路的中间位置，且气源供气方向也指向两个流体通路的中间位置，所述流体通路和气源分别设置于流体在检测箱内部流通路径的相对两侧。以解决现有流量传感器多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜任的问题。本发明属于流量检测领域。
【专利说明】
一种动量式流量传感器及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种流量传感器，属于流量传感监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代工业生产尤其是自动化生产过程中，常常要用各种传感器来监视和控制生产 过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。传感器 也早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工 程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。本发明是众多类别的传感器之一一一流量传感器。 随着传感器技术的发展，目前已经出现多种多样的流量传感器，最常用的有叶片式、涡街 式、卡门涡旋式、热线式等。但是，诸如叶片式、涡街式、卡门涡旋式、热线式等传感器，原理 多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜 任。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于:提供一种动量式流量传感器及其检测方法，以解决现有流量 传感器多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很 好地胜任的问题。
[0004] 本发明的方案如下：一种动量式流量传感器，包括传感器探头和信号处理器，传感 器探头包括压差传感器探头、检测箱和气源，压差传感器探头具有两个压力检测腔，每个压 力检测腔内均对应设置有压力检测端，压力检测端与信号处理器相连，检测箱上具有流体 入口和流体出口以使流体流经检测箱的内部，检测箱与两个压力检测腔分别通过一个流体 通路相连通，气源的供气方向指向两个流体通路的中间位置，且流体通路和气源分别设置 于流体在检测箱内部流通路径的相对两侧。
[0005] 所述压差传感器探头为光纤压差传感器探头，压力检测端为光纤检测端，压力检 测端的光纤束由入射光纤和出射光纤集合铠装而成，入射光纤另一端与光源对接，用以耦 合入射光，出射光纤的出射端分别经光电转换单元后与信号处理器相连，将输出光强度信 号转换为电信号后输入到信号处理器，信号处理器再对这两路信号进行比值运算算出两压 力检测腔内的压力差；
[0006] 还包括有光源、Y型耦合器和光纤，光源设置于光纤的一端用于产生光纤信号，光 源发出的光信号耦合进入到光纤内，光纤的另一端经Y型耦合器后分为两路光源入射光纤， 两路光源入射光纤分别对应接入到传感器探头中的两个压力检测端，并作为压力检测端的 入射光纤。
[0007] 所述检测箱内流体的流向与气源的供气方向相垂直；
[0008] 检测箱设置于压差传感器探头的一侧，且二者为一体式结构，流体通路上设置有 滤网。
[0009] -种动量式流量传感检测方法，包括：
[0010] 传感器探头和信号处理器，传感器探头包括压差传感器探头、具有流体流通通路 的检测箱以及气源；
[0011]压差传感器探头具有两个压力检测腔，检测箱与两个压力检测腔分别通过一个流 体通路相连通，气源用于朝向两个流体通路的中间位置喷气，且流体通路和气源分别设置 于检测箱内的流体流通路径的相对两侧，若检测箱内无被测流体流动，则压力检测腔内的 压力是相同的，压力检测端检测到两腔室压差为零;若检测箱内有被测流体流动，启动气源 吹气形成气流，则被测流体与气流在检测箱内发生相互作用，使得被测流体和气流的初始 动量发生改变，混合流体在检测箱内发生偏移，以致进入两个压力检测腔的混合流体在两 个压力检测腔内形成压强差，两个压力检测腔内的流体压力分别通过压力检测端检测，并 将信号输送给信号处理器对两个压力检测腔内的流体压力进行比值运算，得出两个压力检 测腔内流体的压力差，再建立动量压差数学模型，推算得出流体动量。
[0012 ]气源的喷气方向与检测箱内流体的流通方向相垂直。
[0013] 所述动量压差数学模型如下:分析传动量与压差之间的关系，设气流的速度为Vs， 被测流体的速度为V，其中1是由气源发射出来的气流速度，为已知量，活塞两端压强差与 两个流体的动量队/M有关，其中M为被测流体动量，M s为气流动量，分别与F丨与V2成正比。
[0014] M = kV2
[0015] M, = kV：
[0016] BP : A尸=々! A//m,々 」
[0017] 贝丨J: AP = A!从/Hi
[0018] 其中，1^为已知量，从而在已知A P后即可求得V的值，在试验中，我们取Vs等于5m/ s，取匕=2，V变化由lm/s到2m/s，其曲线如图4所述。
[0019]本发明与现有技术相比，主要优点如下：经过结构设计、理论研究与实验分析可 知，该传感器具有较小的结构、较高的精确度与可靠性、较好的适应性与互换性等，该传感 器能适用于众多流体流量检测场合，将光电传感原理应用于流量检测领域，输出信号经光 电转换及信号处理计算后输出值将成倍变化，从而提高了检测灵敏度，具有十分重要的实 际应用价值，该传感器的可靠性、适应性及互换性都有了较大进步，适宜用作流体流量的测 量;传感器的强度补偿原理更为简单，实用性更强，对新型流量传感器的设计与推广起到了 极大的推动作用。
【附图说明】
[0020]图1是该传感器的系统原理图；
[0021 ]图2是该传感器探头结构的剖视图；
[0022] 图3是检测原理图；
[0023] 图4是流体动量与活塞两边压强差的关系。
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一 步地详细描述，
[0025] 实施例：
[0026] 参照图1至图3,本实施例提供一种动量式流量传感器，包括传感器探头1和信号处 理器2,传感器探头1包括压差传感器探头11、检测箱12和气源13,压差传感器探头11具有两 个压力检测腔14,每个压力检测腔14内均对应设置有压力检测端15,压力检测端15与信号 处理器2相连，检测箱12上具有流体入口 16和流体出口 17以使流体流经检测箱12的内部，检 测箱12与两个压力检测腔14分别通过一个流体通路18相连通，气源13的供气方向指向两个 流体通路18的中间位置，所述流体通路18和气源13分别设置于流体在检测箱12内部流通路 径的相对两侧，检测箱12内流体的流向与气源13的供气方向相垂直，检测箱12设置于压差 传感器探头11的一侧，且二者为一体式结构，流体通路18上设置有滤网4。
[0027] 所述压差传感器探头11为光纤压差传感器探头，压力检测端15为光纤检测端，压 力检测端15的光纤束由入射光纤151和出射光纤152集合铠装而成，入射光纤151另一端与 光源对接，用以耦合入射光，出射光纤152的出射端分别经光电转换单元3后与信号处理器2 相连；
[0028] 还包括有光源5、Y型耦合器6和光纤7,光源5设置于光纤7的一端用于产生光纤信 号，光源5发出的光信号親合进入到光纤7内，光纤7的另一端经Y型親合器6后分为两路光源 入射光纤，两路光源入射光纤分别对应接入到传感器探头1中的两个压力检测端15,并作为 压力检测端15的入射光纤151;
[0029] 如图3所示，从气源13进入的测试流体(即气流)与被测流体耦合并相互作用，在被 测流体的作用下，测试流体流场由均匀分布向一侧(右侧)发生偏移。当测试流体流场均匀 分布时（即被测流体不流动），进入两个压力检测腔14的流体流量相同，两个压力检测腔14 内的流体压力相等；当测试流体流场向右侧发生偏移后(被测流体向右流动），进入两个压 力检测腔14的流体流量增大，进入左侧压力检测腔14的流体流量相对较小，从而导致两个 压力检测腔14产生压力差。
[0030] -种动量式流量传感检测方法：
[0031] 气源13用于朝向两个流体通路18的中间位置喷气，若检测箱12内无被测流体流 动，则压力检测腔14内的压力是相同的，压力检测端15检测到两腔室压差为零;若检测箱12 内有被测流体流动，启动气源13吹气形成气流，则被测流体与气流在检测箱12内发生相互 作用，使得被测流体和气流的初始动量发生改变，混合流体在检测箱12内发生偏移，以致进 入两个压力检测腔14的混合流体在两个压力检测腔14内形成压强差，两个压力检测腔14内 的流体压力分别通过压力检测端15检测，并将信号输送给信号处理器2对两个压力检测腔 14内的流体压力进行比值运算，得出两个压力检测腔14内流体的压力差，再建立动量压差 数学模型，推算得出流体动量。
[0032] 所述压差传感器探头11的结构可以为多种形式，如：双活塞双光纤束差压传感器 探头结构、单光纤束探头双活塞杆差压传感器探头结构、自由双探头差压传感器探头结构 以及如图2中的单活塞双光纤束差压传感器探头结构，上述探头结构均为本
【申请人】此前已 申请的专利技术，均为公开技术。
【主权项】
1. 一种动量式流量传感器，其特征在于:包括传感器探头（I)和信号处理器(2)，传感器 探头（1)包括压差传感器探头（11)、检测箱（12)和气源（13)，压差传感器探头（11)具有两个 压力检测腔（14)，每个压力检测腔（14)内均对应设置有压力检测端（15)，压力检测端（15) 与信号处理器(2)相连，检测箱（12)上具有流体入口（16)和流体出口（17) W使流体流经检 测箱（12)的内部，检测箱（12)与两个压力检测腔（14)分别通过一个流体通路（18)相连通， 气源（13)的供气方向指向两个流体通路（18)的中间位置，且流体通路(18)和气源（13)分别 设置于流体在检测箱(12)内部流通路径的相对两侧。2. 根据权利要求1所述一种动量式流量传感器，其特征在于:所述压差传感器探头（11) 为光纤压差传感器探头，压力检测端（15)为光纤检测端，压力检测端（15)的光纤束由入射 光纤（151)和出射光纤（152)集合链装而成，入射光纤（151)另一端与光源对接，用W禪合入 射光，出射光纤(152)的出射端分别经光电转换单元(3)后与信号处理器(2)相连。3. 根据权利要求2所述一种动量式流量传感器，其特征在于:还包括有光源(5 )、Y型禪 合器(6)和光纤(7)，光源(5)设置于光纤(7)的一端用于产生光纤信号，光源巧)发出的光信 号禪合进入到光纤(7)内，光纤(7)的另一端经Y型禪合器(6)后分为两路光源入射光纤，两 路光源入射光纤分别对应接入到传感器探头（1)中的两个压力检测端（15)，并作为压力检 测端(15)的入射光纤(151)。4. 根据权利要求1所述一种动量式流量传感器，其特征在于:所述检测箱（12)内流体的 流向与气源(13)的供气方向相垂直。5. 根据权利要求1所述一种动量式流量传感器，其特征在于:检测箱（12)设置于压差传 感器探头（11)的一侧，且二者为一体式结构，流体通路（18)上设置有滤网（4)。6. -种动量式流量传感检测方法，其特征在于，包括： 传感器探头（1)和信号处理器(2 )，传感器探头（1)包括压差传感器探头（11 )、具有流体 流通通路的检测箱（12) W及气源（13); 压差传感器探头（11)具有两个压力检测腔（14)，检测箱（12)与两个压力检测腔（14)分 别通过一个流体通路（18)相连通，气源（13)用于朝向两个流体通路（18)的中间位置喷气， 且流体通路(18)和气源（13)分别设置于检测箱（12)内的流体流通路径的相对两侧，若检测 箱（12)内无被测流体流动，则压力检测腔（14)内的压力是相同的，压力检测端（15)检测到 两腔室压差为零;若检测箱（12)内有被测流体流动，启动气源（13)吹气形成气流，则被测流 体与气流在检测箱（12)内发生相互作用，使得被测流体和气流的初始动量发生改变，混合 流体在检测箱（12)内发生偏移，W致进入两个压力检测腔（14)的混合流体在两个压力检测 腔（14)内形成压强差，两个压力检测腔（14)内的流体压力分别通过压力检测端（15)检测， 并将信号输送给信号处理器(2)对两个压力检测腔（14)内的流体压力进行比值运算，得出 两个压力检测腔(14)内流体的压力差，再建立动量压差数学模型，推算得出流体动量。7. 根据权利要求6所述一种动量式流量传感检测方法，其特征在于:所述动量压差数学 模型如下:分析传动量与压差之间的关系，设气流的速度为Vs,被测流体的速度为V，其中Vs 是由气源（13)发射出来的气流速度，为已知量，活塞两端压强差与两个流体的动量Ms/M有 关，其中M为被测流体动量，Ms为气流动量，分别与朽与V2成正比； M=kVS其中，ki为已知量，从而在已知A P后即可求得V的值。8.根据权利要求6所述一种动量式流量传感检测方法，其特征在于:气源（13)的喷气方 向与检测箱(12)内流体的流通方向相垂直。
【文档编号】G01F1/36GK105910660SQ201610367306
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】胡浩, 钟丽琼
【申请人】贵州大学