專利名稱：被配置成檢測流動流體的物理量的設(shè)備及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被配置成檢測流體(比如氣體、液體或液體/氣體混合物)的物理量(比如密度)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
國際專利申請No. PCT/NL2007/050665公開了包括流體通道和流量計的創(chuàng)新組件以及測量流體流速的方法。已知的流量計包括在通道內(nèi)延伸的渦旋脫落器(shedder)，渦旋脫落器配置成在操作的過程中在流過通道的流體內(nèi)產(chǎn)生卡門渦旋。渦旋脫落器提供有光纖布拉格光柵傳感器的光纖布拉格光柵(FBG)。在操作的過程中， 使用與該潤旋脫落器的各個光纖布拉格光柵相關(guān)的光纖布拉格光柵傳感器信號，可檢測潤旋脫落器所產(chǎn)生的潤旋的卡門渦旋頻率。在另一有利的實(shí)施例中，已知的流量計還配置成檢測溫度，尤其使用光纖布拉格光柵進(jìn)行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種設(shè)備和方法，其中使用較便宜的小型耐用的裝置(means)，可精確地檢測一個或多個流體相關(guān)的量，而不使用需要外部功率的傳感器(或電信號通信裝置)。為此，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該設(shè)備的特征在于包括被配置成延伸到流體內(nèi)(在操作的過程中)的傳感器體，所述傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器的光纖布拉格光柵，以生成與所述傳感器體的至少一部分的振動相關(guān)的檢測器信號；以及處理單元，所述處理單元被配置成處理所述檢測器信號并且根據(jù)所檢測的振動在所述傳感器體的柔性部分的機(jī)械本征頻率處確定物理量。更具體地說，本發(fā)明可由權(quán)利要求I所述的特征限定。本發(fā)明基于這樣一種概念上述流量計也可用于測量流體的密度，或與另一流體相關(guān)的量，比如其質(zhì)量或質(zhì)量流速。特別地，已發(fā)現(xiàn)流體以一個或多個相應(yīng)的機(jī)械本征頻率(見該專利申請的圖9)可引起傳感器部分的固有機(jī)械振動。流量計的光纖布拉格光柵提供了低成本、精確并且可靠的手段(means)以檢測這種振動。優(yōu)選地，傳感器體整體地包括光纖布拉格光柵。圖9提供了卡門渦旋引起的振動和傳感器體部分的本征頻率振動同時發(fā)生的證據(jù)。已經(jīng)相信，機(jī)械本征頻率振動簡單地通過流中自然存在的紊流脈動激勵，并非必然通過渦旋脫落激勵。通常，在操作的過程中，處理單元獨(dú)立于傳感器體被設(shè)置。一個或多個光學(xué)通信裝置，比如一根或多根光纖，可用于在傳感器體和處理單元之間傳送(光學(xué))檢測器信號。因此，所得到的裝置非常適于用在井下(downhole)應(yīng)用中，因?yàn)閭鞲衅鞑糠植恍枰魏坞娏Γ膊恍枰娦盘柾ㄐ?比如在遠(yuǎn)處在合適的位置處設(shè)置的可選的數(shù)據(jù)處理器)。
特別地，處理單元被配置成檢測所述機(jī)械本征特征(使用所述檢測器信號)。應(yīng)注意的是，檢測傳感器信號本身的特定頻率，比如信號頻譜內(nèi)的頻率峰值(該頻率峰值與本征頻率相關(guān))，對于傳感器信號處理領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是公知常識?？捎酶鞣N方法實(shí)現(xiàn)所述機(jī)械本征頻率的檢測。處理單元可被配置成處理檢測器信號以獲得該信號的頻譜。眾所周知，通過在檢測器所獲得的時間信號上進(jìn)行頻譜分析可達(dá)到這個目的。這可包括但不限于傅里葉頻譜分析。所產(chǎn)生的頻譜包含與本征頻率對應(yīng)的頻率峰值。該峰值出現(xiàn)的實(shí)際頻率受到周圍流體的密度的影響，該實(shí)際頻率從真空內(nèi)產(chǎn)生的基準(zhǔn)值(初始固有本征頻率)轉(zhuǎn)換(shifts)成該頻率。眾所周知，通過實(shí)驗(yàn)或理論可獲得該基本頻率。了解該基本頻率，通過測量所轉(zhuǎn)換的峰值出現(xiàn)的頻率可推斷出周圍媒質(zhì)的密度。因此，在另一實(shí)施例中，通過處理單元使用下面的公式來確定流體的所述物理 量f = f0 (I+CK. rho)_1/2其中f為流體內(nèi)傳感器體部分的所檢測(實(shí)際)的本征頻率(Hz)，f0為真空內(nèi)部分的初始固有本征頻率(Hz)，rho為流體的密度(kg/m3)，CK為與部分的尺寸和質(zhì)量相關(guān)的常量(m3/kg)。最有利地，本發(fā)明與流速測量功能相結(jié)合。已發(fā)現(xiàn)相同的設(shè)備可用于同時檢測流體流速和流體密度(或質(zhì)量)，尤其通過檢測渦旋脫落頻率來檢測流體流速，并且通過檢測一個或多個機(jī)械本征頻率(其中在操作的過程中，使一個或多個本征頻率與渦旋脫落頻率分離)來檢測流體密度。特別地，如下面的圖9所示(見下文)，與所述本征頻率相關(guān)的振動出現(xiàn)在比渦旋脫落頻率的值更高的頻率值處，并且因此可通過處理單元以明確的方式檢測所述振動。在有利的實(shí)施例中，傳感器體為渦旋脫落器，所述渦旋脫落器被配置成在操作的過程中在流體內(nèi)產(chǎn)生卡門渦旋。在這種情況下，當(dāng)利用與渦旋脫落器的各個完整的光纖布拉格光柵相關(guān)的光纖布拉格光柵傳感器信號，可檢測渦旋脫落器所產(chǎn)生的渦旋的卡門渦旋頻率時，可實(shí)現(xiàn)非常緊湊的配置。同樣，優(yōu)選地，傳感器體可具有柔性部分，所述柔性部分整體地包括至少部分彎曲的光纖部分，所述至少部分彎曲的光纖部分至少部分地沿曲線路徑延伸并且包含光纖布拉格光柵。在這種情況下，優(yōu)選地，光纖部分的第一部分可與剛性傳感器體部分(固定柔性部分)間隔開，比如在與流體流徑基本上垂直的方向。光纖部分的第二部分可靠近剛性部分，比如基本上相對于流體流徑平行延伸。光纖部分的第二部分可包含光纖布拉格光柵，以檢測本征頻率振動。同樣，提供了一種檢測流動流體的物理量(比如流體密度)的方法，比如使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其中流體在一本征頻率處引起傳感器體的柔性部分的振動，檢測所述本征頻率并且處理所檢測的本征頻率以測量物理量。比如，但并非必然，流體流動引起的本征頻率振動可為機(jī)械第一模式的本征頻率振動。比如，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，流體以(較低的)第一頻率引起傳感器體的柔性部分的振動，其中檢測該(振動)部分的本征頻率，使該本征頻率與第一頻率分離，其中處理所檢測的本征頻率以確定物理量。比如，已發(fā)現(xiàn)較薄的(板狀)彈性傳感器部分的應(yīng)用可提供該部分的低頻率的本征模式的振動，同時具有該部分的第一(卡門渦旋)頻率但與該部分的第一(卡門渦旋)頻率相分離。


在從屬權(quán)利要求書中描述了本發(fā)明的其他有利的實(shí)施例。結(jié)合以下所述的非限制性的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的并且被闡述，如附圖中所示。圖I為本發(fā)明的實(shí)施例的縱向剖視圖；圖2為圖I的線II-II上的剖視圖；圖3為圖I的線III-III上的縱向示意性的剖視圖；圖4為圖I中的實(shí)施例的渦旋脫落器的透視圖；圖5為圖4中所示的脫落器的縱向剖視圖；圖6為圖4的脫落器的前視圖；圖7為圖6的線VII-VII上的剖視圖；圖8為一個實(shí)例中相對于流速的所測量的脫落頻率的視圖；以及圖9為測量結(jié)果的示圖，包括圖I至圖7的實(shí)施例的部分的所檢測的第一模式的固有振動。
具體實(shí)施例方式該申請中相同或相應(yīng)的特征由相同或相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示。圖1-7描述了包括流體通道C和流量計I的組件的非限制性實(shí)施例，。流體通道C(比如流體線、管道、導(dǎo)管)可被配置成引導(dǎo)流體，比如氣體、氣體混合物、液體、液體混合物、水、水蒸氣。在特定的實(shí)施例中，通道C可被設(shè)置成注入流體到油田或氣田內(nèi)，然而，技術(shù)人員應(yīng)理解的是，通道C可用于許多其他應(yīng)用中。在該實(shí)施例中，通道C具有大致圓形的剖面，其直徑(寬度)為W。正如技術(shù)人員應(yīng)理解的是，通道也可具有不同的配置，比如具有矩形或方形的剖面，或者不同的剖面。流量計I被配置成在操作的過程中測量流過通道C的流體的流速。為此，流量計I包括至少一個在通道C內(nèi)延伸的渦旋脫落器2 (本附圖中僅顯示了一個脫落器)。在另一實(shí)施例中，組件具有多個間隔開的渦旋脫落器2，以在通道C內(nèi)的不同位置處檢測流速。在這種情況下，可使用流量計I檢測流量剖面，比如以確定或估計被注入到油田或氣田的某些部分(層)內(nèi)的流體的量。有利地，正如以下要描述的，已發(fā)現(xiàn)流量計I也可用于檢測流過通道C的流動流體的物理量，比如密度。為此，檢測脫落器部分的固有機(jī)械頻率(fn)。每個渦旋脫落器2被配置成在操作過程中在流過通道C的流體內(nèi)產(chǎn)生卡門渦旋V(見圖3)。在圖3中由箭頭Y表示流體的流動方向。特別地，每個渦旋脫落器2包括鈍頭體2，具有兩個渦旋分離邊緣t，優(yōu)選地為基本上平行的、尖銳的側(cè)邊緣。鈍頭體2可被設(shè)置成具有這些邊緣t,這些邊緣t位于剩余鈍頭體部分的上游位置(如圖3中所示)，或者可選地位于下游位置(比如，在已經(jīng)逆轉(zhuǎn)圖3中的流動方向時)。在該實(shí)施例中，鈍頭體2剛性連接到通道壁11。 特別地，流量計I基于放置在流動流體內(nèi)的阻擋物(鈍頭體2)上的渦旋脫落的原理(見圖3)。由于具有黏度，邊界層可在鈍頭體2的兩側(cè)增長，并且可在邊緣t所提供的分離點(diǎn)處分開。在操作的過程中，渦旋V可在主體2的兩側(cè)上交替地分開，所述渦旋V具有渦旋脫落頻率fK。從現(xiàn)有技術(shù)中可知，根據(jù)下面的公式I，渦旋脫落頻率fK與流速U成比例fK = St(U/Db) (I)其中St為無量綱的斯特魯哈爾(Strouhal)數(shù)，U為流速(m/s)，Db為鈍頭體的直徑/寬度(m)。眾所周知，斯特魯哈爾數(shù)St具有某個鈍頭體形狀的特征并且在雷諾數(shù)的較大范圍內(nèi)是恒定的，所以流速(m/s)和脫落頻率之間的關(guān)系在較大流速范圍內(nèi)為線性。比如，該實(shí)施例可被用在流速范圍為0.5到5m/s (調(diào)節(jié)比為I : 10)的情況下，并且比如可在不同的操作壓力下具有從20到350攝氏度范圍的操作溫度。同樣，正如技術(shù)人員應(yīng)理解的是，流量計I可被配置成用于這些速度和溫度范圍之外。可通過選擇脫落器體2控制邊界層，在脫落器體2上分離點(diǎn)通過在主體2上引入尖銳的邊緣t被精確地界定。鈍頭體2可由各種材料做成。比如,鈍頭體2可由剛性的、耐腐蝕材料做成，尤其由合適的金屬、合金、鋼或剛性塑料、增強(qiáng)塑料，比如不銹鋼或鋁(由于耐用，對于井下應(yīng)用 來說不銹鋼是優(yōu)選的)，和/或其他合適的材料制成。圖4至圖7更具體地顯示了鈍頭體/脫落器配置的有利實(shí)施例。為了在流速和渦旋脫落之間具有線性關(guān)系，現(xiàn)有的渦旋脫落體2提供了明確的分離線(邊緣)t，并且具有大致T形的剖面。為此，特別地，脫落器2已經(jīng)提供有第一部分2A(即T形的T的頂部)以及第二部分2B (即T形的T的中心線)，第一部分具有兩個分離邊緣t，第二部分為流體分割元件2B。第一和第二脫落器體部分2A、2B均可具有不同的配置。第一和第二脫落器部分2A、2B優(yōu)選地由相同的材料制成，然而，這并非必然。有利地，第一脫落器體部分2A為剛性的、優(yōu)選地大致堅實(shí)的部分2A，該部分被剛性地固定(即在操作的過程中基本上不可移動)到通道C的壁11。第一脫落器體部分2A包括前表面，相對于縱向通道方向(即在使用的過程中流過通道C的流體的流動方向Y)大致橫向地延伸，其中前表面的側(cè)邊為脫落器2的渦旋分離線t。在本發(fā)明中，第一脫落器體部分2A的長度LI大致或幾乎等于流動通道的直徑/寬度Xi (見圖I)，所以通道C的壁用作作為流動分離邊緣t (即，每個流動分離邊緣t的相對端被設(shè)置在或靠近通道壁11的各個通道壁部分)的端板。因此，鈍頭體2的第一部分2A從通道C的第一內(nèi)壁分Ila延伸到通道C的相對的第二內(nèi)壁分11b，如圖I和圖2中所示，并且優(yōu)選地其中心通過通道C。在此處，比如，狹縫依然可在鈍頭體2的端部和通道壁之間延伸，比如狹縫H具有約Imm或更小的寬度，如圖3中所示。在另一實(shí)施例中，每個狹縫H的寬度可大于1mm，比如大于1cm。比如，在耐用的配置中，第一脫落器體部分2A可在一端(或可選地在兩端)被緊緊地固定到一個通道壁部分(或多個壁部分)，比如通過夾持、粘合、焊接、適當(dāng)?shù)鸟詈?、螺栓連接、可拆卸地、其組合、和/或以不同的方式。在該實(shí)施例中，第一脫落器體部分2A的一端連接到安裝結(jié)構(gòu)9中，該安裝結(jié)構(gòu)已經(jīng)被緊緊地連接到第一通道壁部分。比如，安裝結(jié)構(gòu)可包括以固定(hold)鈍頭體2的第一安裝部分9a ;第二安裝部分％，所述第二安裝部分9b通過三個第一螺栓13a連接到第一部分9a，所述三個第一螺栓13a以三角形配置的形式彼此間隔開；以及第三安裝部分9c，所述第三安裝部分9c將安裝部分9b和通道壁11互連。此外，通道壁11可包括開口 12，所述開口 12用于將鈍頭體2引入通道C內(nèi)，該鈍頭體2由第一安裝部分9a固定。安裝結(jié)構(gòu)9可配置成在安裝之后提供開口 12的流體緊密密封。在另一實(shí)施例中，各個鈍頭體部分2A的長度LI可明顯小于流動通道的直徑/寬度XI?？蛇x地，鈍頭體2可包括一個或多個端板，相對于渦旋分離邊緣t側(cè)向延伸，用于控制鈍頭體2上的邊界層。在又一實(shí)施例(見圖3)中，相對于縱向通道的方向橫向測量的、兩個渦旋分離邊緣(線)t之間的距離Db大于在相同方向測量的流體通道C的寬度X2的十分之一，比如大約為流體通道C的寬度的四分之一。其中所提及的兩個渦旋分離邊緣之間的距離Db優(yōu)選地小于通道C的寬度X2的一半。由于在本發(fā) 明中，通道C具有圓形剖面，最后提及的通道寬度X2等于圖I中用箭頭Xl表示的上述通道寬度。第一脫落器體部分2A的縱向剖面優(yōu)選地為大致三角形(如圖3和圖7中所示)或截頂三角形，或者可具有另一種形狀。優(yōu)選地，第二脫落器部分2B具有板狀、帶狀或片狀配置，具有大致矩形的形狀(比如在該實(shí)施例中)。比如，在三個垂直方向上可這樣形成第二脫落器部分2B的尺寸，以使一個垂直方向(厚度k)明顯小于(比如至少小50倍)第二和第三垂直方向(長度L2和寬度G)。同樣，優(yōu)選地，第二脫落器部分2B大致在縱向通道方向延伸，并且具有彼此互不照面的兩個流體壓力接收表面，所述兩個流體壓力接收表面被配置成在操作的過程中交替地接收渦旋引起的壓力變化(見圖3)并且通過這些壓力變化進(jìn)行應(yīng)變。在該實(shí)施例中，壓力變化尤其造成第二脫落器部分2B在垂直于流動方向Y上的振動和/或變形(換言之脫落器部分2B的、由渦旋引起的變形和/或振動主要是在所述部分2B的橫向上的，并且由圖3中的雙箭頭q表示，即振動和/或變形基本上與該脫落器部分2B的壓力接收表面垂直)，所述變形和/或振動造成第二脫落器部分2B內(nèi)發(fā)生表面應(yīng)變。在該實(shí)施例中，第二脫落器部分2B相對于第一脫落器部分2A集中(centrally)延伸、垂直于包含兩個分離邊緣t的鈍頭體表面延伸、以及安裝后優(yōu)選地通過通道C集中延伸。比如，包括第一和第二部分2A、2B的鈍頭體的外部輪廓可相對于縱向中心鏡面平面是大致鏡面對稱的，如該實(shí)施例中所示。在該實(shí)施例中，第二脫落器部分2B的一個橫向側(cè)邊(圖5A中的該部分的下側(cè))與第一脫落器部分2A的各個側(cè)邊平齊延伸(見圖5)。然而，第一脫落器部分2B的另一個橫向側(cè)邊與安裝結(jié)構(gòu)9間隔開(見圖5)，它們之間的距離由圖5中的箭頭H表示。第二脫落器部分2B為壓力變化接收部分2B或應(yīng)變部分，其被配置成在操作的過程中接收渦旋引起的壓力變化。特別地，卡門渦旋可在第二脫落器部分2B內(nèi)引起應(yīng)變變化(由圖3中的箭頭q表示)，更特別地可在第二脫落器部分2B的表面部分內(nèi)引起應(yīng)變變化(即在操作的過程中漩渦引起的壓力變化會造成第二脫落器部分2B內(nèi)的表面應(yīng)變或第二脫落器部分的表面應(yīng)變)。比如，第二脫落器部分2B在操作的過程中可略微彈性變形，以使第二脫落器部分2B因接收渦旋相關(guān)的壓力變化在操作的過程中進(jìn)行小振蕩q，小振蕩q造成第二脫落器部分2B的兩個橫向(壓力接收)表面具有變化的應(yīng)變。已發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)變變化在與第一脫落器部分2A鄰接的區(qū)域(即與第一脫落器部分2A的結(jié)合點(diǎn))處特別高。
在另一實(shí)施例中，脫落器2的第二部分2B包括兩個橫向側(cè)邊，所述兩個橫向側(cè)邊與相對的縱向流動限制部分(在該實(shí)施例中，所述縱向流動限制部分包括用于一個橫向脫落器側(cè)邊的通道壁部分以及用于另一個橫向脫落器側(cè)邊的安裝結(jié)構(gòu)部分)間隔開。比如，在圖I中，矩形渦旋脫落器部分2B的橫向下側(cè)(圖中)和通道壁11之間的距離Z優(yōu)選地在大約O. I-IOmm的范圍內(nèi)，尤其在大約l_2mm的范圍內(nèi)，并且矩形渦旋脫落器部分2B的橫向上側(cè)(圖I中)和第一安裝部分9a的表面之間的狹縫的寬度H也優(yōu)選地在大約O. I-IOmm的范圍內(nèi)，尤其在大約l_2mm的范圍內(nèi)。在 另一實(shí)施例中，矩形渦旋脫落器部分2B的橫向上側(cè)和第一安裝部分9a的表面之間的狹縫的寬度H可大于10mm。因此，第二脫落器部分2B的橫向側(cè)邊不受相對的流動限制表面的影響，所以渦旋引起的壓力變化會造成第二脫落器部分2B內(nèi)的表面應(yīng)變邊和/或第二脫落器部分2B的振蕩。特別地，渦旋引起的壓力變化可引起渦旋脫落器的振動和/或變形，所述振動和/或變形可造成表面應(yīng)變。根據(jù)一個實(shí)施例，第二脫落器部分2B(相對于分離線t在平行方向測量的)的長度L2可略微小于第一脫落器部分2A的長度LI，長度的差異比如可在大約O. l-20mm的范圍內(nèi)，尤其可在大約l_2mm的范圍內(nèi)(見圖5)。第二脫落器部分2B的長度L2可大于該部分2B的外部部分(尾部部分)的寬度G，所述寬度G是在縱向通道方向上被測量的(見圖5 ;此處，第二脫落器部分2B的寬度G為這樣部分的外部寬度，所述這樣部分從第一脫落器部分外部延伸并且用作脫落器的液體壓力變化接收部分)。比如，第二部分2B的長度L2的范圍可為該部分2B的所提及的寬度G的大約I. 5-2倍。L2的范圍為G的I. 7-1. 9倍，尤其長度L2等于寬度G乘以I. 8時，已發(fā)現(xiàn)具有好的結(jié)果。在另一個實(shí)施例中，第二脫落器部分2B的長度L2可等于或小于該部分2B的外部部分(尾部部分)的寬度G，所述寬度G是在縱向通道方向上被測量的。在這種情況下，t匕如，第二部分2B的長度L2的范圍可為該部分2B的所提及的寬度G的大約O. 5-1倍。同樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，第二脫落器體部分2B (在其橫向方向上被測量)的厚度k小于大約IOmm,優(yōu)選地小于大約5mm時,可獲得好的結(jié)果(見圖7)。第一和第二脫落器部分2A、2B可以不同的方式彼此連接。比如，第一和第二脫落器部分可形成為一體。同樣，通過粘合、焊接、螺栓連接(如圖I至圖7的實(shí)施例中所示，使用螺栓6)、夾持、力封閉固定、形式封閉固定、其組合，和/或以不同的方式，第一和第二脫落器部分2A、2B可互相連接。在該實(shí)施例中，第二脫落器部分2B包括內(nèi)部部分和上述外部部分(具有所述寬度G)，所述內(nèi)部部分在第一脫落器部分2A內(nèi)延伸以由此被固定，所述外部部分在第一脫落器部分2A的外面延伸以感知渦旋引起的壓力變化。優(yōu)選地，如下面的圖中所示，第二脫落器部分2B的所提及的外部(尾部)部分基本上不間斷，以提供大致不間斷的(連續(xù)的)壓力接收表面。優(yōu)選地，第一和第二脫落器部分2A、2B被配置成如下相對的渦旋壓力變化可引起脫落器的某個區(qū)域(比如與第一脫落器部分2A鄰接的第二脫落器部分2B的外部部分)內(nèi)發(fā)生較大的應(yīng)變變化。同樣,每個潤旋脫落器2都提供有光纖布拉格光柵傳感器3、7的第一光纖布拉格光柵FBG。在操作的過程中，由渦旋脫落器2所產(chǎn)生的渦旋V的卡門渦旋頻率fK可通過利用與該潤旋脫落器2的各個第一光纖布拉格光柵FBG相關(guān)的光纖布拉格光柵傳感器信號被檢測到。優(yōu)選地，第一光纖布拉格光柵FBG連接到脫落器2的部分，所述脫落器2的部分因在操作的過程中渦旋壓力變化引起的振動/變形而經(jīng)受較大的表面應(yīng)變變化，并且第一光纖布拉格光柵FBG被配置成檢測這些應(yīng)變變化。同樣，在另一個實(shí)施例中，各個潤旋脫落2的光纖布拉格光柵FBG被設(shè)置成感知所提及的壓力變化，尤其通過脫落器2壓力變化接收部分2B的壓力變化引起的應(yīng)變變化，并且因感知到壓力變化而改變各個光纖布拉格光柵傳感器信號。優(yōu)選地，光纖布拉格光柵FBG被設(shè)置成靠近第二脫落器部分2B的壓力接收表面、或在所述壓力接收表面內(nèi)延伸、與所述壓力接收表面相鄰、或嵌入所述壓力接收表面內(nèi)，以容易感知所提及的、在操作的過程中由該脫落器部分2B的變形/振動而造成的表面應(yīng)變。有利地,第一光纖布拉格光柵FBG與各個潤旋脫落器2的潤旋分離表面(該表面包含兩條渦旋分離線t)間隔開。同樣，優(yōu)選地，第一光纖布拉格光柵FBG的位置與第二脫落器部分2B的兩個橫向側(cè)邊間隔開。此外(如下面的圖5中所示)，優(yōu)選地，第一光纖布拉格光柵FBG的縱向方向在操作的過程中與流體流動方向圍繞成一個小于90°的角度，比如小于30°的角度，并且優(yōu)選地小于5°的角度。在該實(shí)施例中，第一光纖布拉格光柵FBG的縱向方向和流體流動方向Y之間的角度大約為0°。特別地，壓力變化接收部分/第二脫落器部分2B整體地包括彎曲的光纖部分8，至少部分地沿彎曲的路徑延伸并且包含第一光纖布拉格光柵FBG (見圖4至圖5)。優(yōu)選地，彎曲的光纖部分8的第一部分8a在與縱向通道方向大致垂直的方向(見圖5)上從自由脫落器邊緣E處延伸短的距離，所述自由脫落器邊緣E背向渦旋脫落器2的渦旋脫落表面。優(yōu)選地，光纖部分8的第二部分Sb位于渦旋脫落器2的渦旋脫落表面附近并且大致平行于縱向通道方向延伸。在該實(shí)施例中，該第二光纖部分8b包括第一光纖布拉格光柵FBG。特別地，設(shè)置在脫落器2上/內(nèi)的光纖部分的彎曲路徑包括第一彎頭Al和隨后的第二彎頭A2，所述第一彎頭Al將光纖從第一脫落器部分2A的入口位置引向自由脫落器邊緣E，所述隨后的第二彎頭A2(具有與所述第一彎頭的彎曲方向相反的彎曲方向)將光纖從自由脫落器邊緣E引回到第一脫落器部分2A與入口位置間隔開的布拉格光柵位置。在另一實(shí)施例(未顯示)中，光纖可進(jìn)一步彎曲(比如沿著和/或通過渦旋脫落器2產(chǎn)生大致完整的環(huán))，并且可朝著通道壁11和通過控制結(jié)構(gòu)9引回，比如被引入到另一個渦旋脫落器2中以在另一個脫落器2內(nèi)/處提供另一第一布拉格光柵。在這種情況下，入口位置(點(diǎn))的光纖還可提供光纖出口位置。特別地，在該實(shí)施例中，安裝結(jié)構(gòu)9包括通孔15 (見圖5)以將光纖7從通道C外面的區(qū)域傳遞到渦旋脫落器2。第一脫落器部分2A可包括相似的孔(aperture)以容納光纖7部分。第二脫落器部分2B可包括彎曲的凹槽5或孔以容納包含第一光纖布拉格光柵FBG的彎曲的光纖部分8。在另一實(shí)施例中，通孔15也可用于再次將光纖7從渦旋脫落器2中引出通道中，通過通道壁11，引入到另一位置中，比如引入到另一渦旋脫落器內(nèi)(未顯示)O比如，脫落器2的光纖接收凹槽(fiber receiving groove) 5可具有比第二脫落器部分2B的厚度k小的深度，比如小于Imm的深度，比如大約O. 4mm的深度。如，光纖接收凹槽5的深度可小于第二脫落器部分2B的厚度k的一半，以定位光柵FBG靠近該部分2B的側(cè)面和/或位于該部分2B的側(cè)面內(nèi)。優(yōu)選地，彎曲的光纖部分8基本上被嵌入在各個脫落器部分2B內(nèi)。使用合適的粘合劑，比如熱性可固化樹脂、環(huán)氧或其他類型的粘合劑，具有布拉格光柵FBG的光纖部分8可連接到各個凹槽5內(nèi)。優(yōu)選地,光纖接收凹槽5被配置成基本上緊貼地固定各自的光纖部分。在一非限制性的實(shí)施例中，凹槽5的寬度大約可為1mm。
同樣，組件可為模塊化配置，其中該組件可包括多個渦旋脫落器2，每個脫落器2優(yōu)選地提供有光纖布拉格光柵傳感器的所提及的第一光纖布拉格光柵FBG。在這種情況下，單根光纖7可簡單地提供有各個脫落器2的所有的第一光纖布拉格光柵FBG,其中光纖7可從一個脫落器延伸到另一個脫落器以傳輸傳感器信號。光纖布拉格光柵傳感器本身的操作對技術(shù)人員是熟知的。在一個實(shí)施例中，每個光纖布拉格光柵FBG被配置成大致反射一個特定波長的光信號,所述光信號通過光纖7朝光柵FBG被傳輸,并且每個光纖布拉格光柵被配置成大致傳輸所有其他的波長。此處，反射光的波長取決于光柵FBG內(nèi)折射率的變化。所反射的波長稱為布拉格波長Xb，并且由下列等式表不λ b = 2neff. Λ (2)其中neff為光纖7內(nèi)傳播的光學(xué)模(optical mode)的有效折射率,并且為光柵的周期Λ。應(yīng)變、溫度和壓力可改變光纖的性能，從而改變反射的波長λ b。比如，在操作的過程中，傳感器信號的振幅為光柵FBG所經(jīng)受的應(yīng)變量的測度。在該實(shí)施例中，反射的波長尤其用作流速的測度，其中該波長的變化正被檢測(即，反射的傳感器信號振幅變化)，該波長的變化可以較為簡單的方式被獲得以確定上述的卡門頻率fK。比如，圖7可為具有一個或多個布拉格光柵FBG的標(biāo)準(zhǔn)光纖，具有大約為2到3cm的最小彎曲半徑，并且每個布拉格光柵FBG的光柵長度N(見圖5)為大約2cm。技術(shù)人員應(yīng)理解的是，光纖7也可具有更小的彎曲半徑和/或更短的光柵。比如，有利地，第一光纖布拉格光柵的長度N可大約為1cm。在本發(fā)明中，第一光柵FBG主要用于檢測渦旋脫落器2內(nèi)變化的應(yīng)變/檢測渦旋脫落器的變化的應(yīng)變，其中各個傳感器信號內(nèi)產(chǎn)生的變化可被處理以確定流體的流速U。第一光柵FBG優(yōu)選的位置是在脫落器2的尾部部分2B的開端上，緊跟在(截頂?shù)娜切?第二脫落器部分2A之后(見圖5、圖7)，這是因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)，在操作的過程中，卡門渦旋引起的應(yīng)變變化在尾部脫落器部分2B的這部分上是最大的。優(yōu)選地，整個第一光柵可在操作的過程中大致均勻地應(yīng)變，所述第一光柵可通過大致平行縱向通道方向放置光柵FBG來實(shí)現(xiàn)。然而，實(shí)際上，在該實(shí)施例中，為獲得精確的測量結(jié)果，應(yīng)變不需要在整個光纖上完全恒定。這是因?yàn)轭l率(即振幅的變化，而非振幅本身)為所測量的參數(shù)，所以所檢測的反射信號的振幅變化不會影響流動測量的結(jié)果。這與JP200387451中所不的設(shè)備相反,在這種情況下，由于光柵不均勻的應(yīng)變，反射信號的傳感器振幅信號可具有較大的誤差。該組件可包括合適的傳感器系統(tǒng)3 (比如包括一個或多個合適的處理器和/或分析器)，比如可從Deminsys Commercial公司購買到的系統(tǒng),該傳感器系統(tǒng)被光學(xué)地稱合到光纖7中。傳感器系統(tǒng)(即“處理單元”)3可被配置成生成光學(xué)信號并且將所述光學(xué)信號傳輸給光纖7，當(dāng)光柵受到預(yù)定量的應(yīng)變(比如沒有應(yīng)變)時，該信號的波長(即上述的布拉格波長)至少部分地由第一光纖布拉格光柵FBG反射。當(dāng)組件包括具有不同的布拉格波長Xb的不同光纖光柵FBG時,光信號可由具有不同的布拉格波長Xb的不同信號部分多路傳輸，所以不同的光柵FBG可由傳感器系統(tǒng)3彼此獨(dú)立地同時使用。同樣，傳感器系統(tǒng)(處理單元)3可被配置成檢測由渦旋脫落器2的每個第一光纖布拉格光柵FBG反射的光信號并且處理所檢測的光信號，比如利用所檢測的信號的變化確定流體流動速率。下面解釋傳感器系統(tǒng)3 (或“處理單元”)的另一個有利的應(yīng)用，涉及流體的物理量(比如密度)檢測。為此，優(yōu)選地，傳感器系統(tǒng)3被配置成使用所述的光信號(處理包括處理所檢測的光信號以檢測所檢測的信號的頻率變化，所述變化是由光柵FBG所經(jīng)受的不同應(yīng)變導(dǎo)致的結(jié)果以確定脫落器部分2B的瞬時本征頻率振動的值)檢測渦旋脫落器2的部分2B的實(shí)際固有(機(jī)械)振動。在圖I至圖7的實(shí)施例的操作過程中，流體流動會在脫落器2處引起渦旋脫落，這 會在鈍頭體2的尾部部分2B上造成壓力波動。由于所述壓力波動，尾部會被引起振動，這就會造成尾部部分2B的波動表面應(yīng)變并且從而引起第一光纖布拉格光柵FBG (優(yōu)選地設(shè)置在第二脫落器部分2B的各個表面上或靠近各個表面，以測量該表面應(yīng)變)的應(yīng)變波動。測量這些振動引起的表面應(yīng)變。傳感器系統(tǒng)3可實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，傳感器系統(tǒng)將具有渦旋脫落器2的第一光纖布拉格光柵的布拉格波長FBG的光信號傳輸?shù)焦饫w7內(nèi)，并且檢測第一光纖布拉格光柵FBG反射的各個光信號。然后，處理所檢測的光信號以檢測所檢測的信號的頻率變化(所述變化是由光柵FBG所經(jīng)受的不同應(yīng)變導(dǎo)致的結(jié)果)，以使用上述公式I根據(jù)所述變化確定流體流動速率。下面將要解釋的是，在有利的實(shí)施例中，所檢測的光信號被傳感器系統(tǒng)3處理以檢測所檢測的信號的頻率變化(所述變化是由光柵FBG所經(jīng)受的不同應(yīng)變導(dǎo)致的結(jié)果)，從而確定流體的物理量。因此，單個FBG傳感器用于在流體通道C內(nèi)的某個位置處檢測流量，其中，比如不同的光柵傳感器信號不需要進(jìn)行復(fù)雜的互相關(guān)。圖8顯示了利用該實(shí)施例進(jìn)行的各實(shí)驗(yàn)中相對于流速的所測量的脫落頻率f的示圖。在該實(shí)驗(yàn)中，流過通道C的流體的流速Uflw已經(jīng)被設(shè)為11個不同的預(yù)定值(從Om/s到5. 5m/s,具有O. 25m/s的步長)，并且所產(chǎn)生的FBG傳感器信號被處理以檢測卡門頻率。從圖8中可見，三個不同的測試運(yùn)行均提供了所檢測的頻率&對(versus)流速Uflw的相同的線性示圖。對于低流速(在該實(shí)例中為O. 5m/s)以及高流速(在該實(shí)例中為5. 5m/s)，可獲得可靠的數(shù)據(jù)。由上可見，本申請?zhí)峁┝斯饫w渦旋流量計1，其中在一個實(shí)施例中，使用光纖布拉格光柵(FBG)傳感器可測量渦旋脫落產(chǎn)生的應(yīng)變。該傳感器可使用相對小的部分的標(biāo)準(zhǔn)光纖7，由于可將傳感器信號直接送入表面內(nèi)，所以不需要井下電子設(shè)備。設(shè)置在液體流量(比如鈍頭體2)內(nèi)的流量計部分尤其不包括任何電動元件，沒有電動操作傳感器以及電力布線。優(yōu)選地，在(單個)光纖7的情況下，僅光學(xué)通信裝置延伸到設(shè)置在流體內(nèi)的傳感器部分并且穿過過該傳感器部分延伸。在另一實(shí)施例中，傳感器部分的遠(yuǎn)端部分不受流體通道C的內(nèi)部(比如通過嵌入第二脫落器部分2B)的影響。光纖流量計的優(yōu)點(diǎn)在于，該流量計是真正安全的并且不受到電磁干擾的影響。鈍頭體2可為大致T形，包括截頂三角形部分2A，所述截頂三角形部分2A具有與它連接的長尾部分2B。優(yōu)選地，該鈍頭體的尾部部分2B盡可能地薄以增大其變形并且從而增大利用傳感器測量的應(yīng)變。流量計I可檢測單相流量(液體或氣體)，比如水、水蒸氣或其他流體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該實(shí)施例可提供關(guān)于測量的線性度和信號質(zhì)量的最佳的鈍頭體設(shè)計，其中光纖布拉格光柵可在較大流速速率范圍內(nèi)為傳感器信號提供可檢測的應(yīng)變振蕩信息。因此，傳感器可提供精確的流量測量并且對流速變化非常敏感。同樣，比如，大致T形主體(比如該實(shí)施例)具有最佳的鈍頭體配置以產(chǎn)生應(yīng)變。鈍頭體2B的矩形板狀部分的偏差可較高。此外，T形主體還是唯一可被用于利用一根光纖連接一系列流量計的形狀。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該形狀可在操作的過程中為傳感器信號提供非常好的信噪比。在另一實(shí)施例中，已經(jīng)連接渦旋脫落器2的光纖部分可包括其他光纖布拉格光 柵，比如用于檢測溫度的光纖布拉格光柵。在一個實(shí)施例中，渦旋脫落器2可具有光纖布拉格光柵傳感器系統(tǒng)3、7的第二光纖布拉格光柵FBG2,第二光纖布拉格光柵FBG2被配置成因感知到溫度的變化而改變各個光纖布拉格光柵傳感器信號。為此，優(yōu)選地，第二光纖布拉格光柵FBG2的縱向方向基本上垂直于縱向通道方向進(jìn)行延伸。比如，額外的第二光柵FBG2可被設(shè)置在脫落器位置處，所述脫落器位置基本上不受卡門渦旋V的影響。在圖5中，用于溫度光柵的兩個可能的位置由箭頭FBG2表示。比如，第二光纖光柵FBG2可被設(shè)置在彎曲的光纖部分8的所提及的第一部分8a內(nèi)，或者被設(shè)置在靠近通道壁11附近的入口(并且可選地也為出口)點(diǎn)?；蛘撸摻M件可具有另根光纖，所述光纖不包括所提及的第一光柵FBG，但是一定包括第二光柵并且將第二光柵固定在流體流動內(nèi)以檢測流體溫度。此外，根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明可用于質(zhì)量流測定中，比如，根據(jù)H. Zhang等人在Flow Measurement and Instrumentation (流量測量與儀表設(shè)備)17 (I), 2006 中發(fā)表的“Astudy of mass flow rate measurement based on the vortex shedding principle”(基于渦旋脫落原理的質(zhì)量流速測量研究)中教導(dǎo)，利用在相對于脫落器2 (并且與脫落器2間隔開)的上游設(shè)置的壓力傳感器(該申請中未顯示)的測量結(jié)果。根據(jù)一個有利的實(shí)施例，本發(fā)明提供了被配置成測量流動流體的物理量(比如密度)的設(shè)備。在一優(yōu)選實(shí)施例中，該設(shè)備提供有上面已經(jīng)描述的流量計I或者相似的流量計，在圖I至圖7中描述了流量計I。參見附圖，該設(shè)備包括被配置成延伸到流動流體內(nèi)(在操作的過程中流過通道C)的傳感器體2。因此，在該實(shí)例中，傳感器體2有利地包括剛性部分2A以將傳感器體連接到流體通道的壁11。特別地，檢測器體2的第二部分2B為柔性(板狀)的彈性元件2B，所述彈性元件2B具有光纖布拉格光柵FBG、FBG2。柔性彈性元件2B連接到剛性部分2A，并且包括光纖布拉格光柵FBG的光纖穿過剛性部分2A進(jìn)入柔性部分2B。從圖中可見，柔性元件2B平行于流體的流徑延伸(在操作的過程中)。在該實(shí)例中，柔性部分2B為彈性元件，從剛性支撐部分2A處延伸。而且,檢測器體2整體地包括光纖布拉格光柵傳感器3、7的(第一)光纖布拉格光柵FBG，用于生成與傳感器體2的至少部分2B的振動相關(guān)的檢測器信號。該設(shè)備包括處理單元3，在該實(shí)例中，該處理單元3被有利地配置成處理檢測器信號并且以傳感器體2的柔性第二部分2B的機(jī)械本征頻率(即固有頻率)基于所檢測的振動確定物理量。換言之處理單元3被有利地配置成檢測所述機(jī)械本征頻率，優(yōu)選地(但并非必然地)實(shí)時(尤其使用檢測器信號)進(jìn)行檢測。在圖9中描述了檢測器信號的頻譜的實(shí)例；獲得這種頻譜為公共常識(比如使用傅里葉變換)。在該實(shí)例中，要檢測的本征頻率為固有振動的頻率，該固有振動主要在第二脫落器部分2B的橫向方向上，即，在與渦旋脫落振動相同的方向(與流體流動方向垂直，如圖3中的雙箭頭q所示)上。如上所述，這樣的振動在第二脫落器部分2B內(nèi)引起表面應(yīng)變，所述表面應(yīng)變可使用第一光纖布拉格光柵FBG來檢測。柔性的彈性元件(連接到剛性支架中)的本征頻率為元件已經(jīng)從偏離初始的非振動狀態(tài)的位置處釋放之后該元件自身振動的頻率。通常，每個物體具有一個或多個本征頻率(具有以Hz為單位的最低值的第一模式本征頻率)。從下面的公式可看出，本征頻率取決于與元件接觸的流體(如果有的話)的密度。在該非限制性實(shí)例中，傳感器體2的柔性的彈性部分2B的本征頻率(固有頻率)被定義為
權(quán)利要求
1.一種被配置成檢測流動流體的物理量的設(shè)備，該設(shè)備包括 被配置成延伸到所述流動流體內(nèi)的傳感器體(2)，所述傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器(3、7，F(xiàn)BG)的光纖布拉格光柵(FBG)，以生成與所述傳感器體(2)的至少柔性部分(2B)的振動相關(guān)的檢測器信號；以及 檢測器信號處理單元(3)， 其中所述傳感器體部分(2B)具有機(jī)械的本征頻率，該本征頻率被定義為 f = f0 (I+Κ. rho) _1/2 其中f為流體內(nèi)所述柔性部分(2B)的所述本征頻率(Hz)，&為真空內(nèi)所述柔性部分 (2B)的初始本征頻率(Hz)，rho為所述流體的密度(kg/m3)，K為與所述柔性部分(2B)的尺寸和質(zhì)量相關(guān)的常量(m3/kg)， 其中所述處理單元被配置成利用所述檢測器信號檢測所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的所述機(jī)械的本征頻率f，并且基于所述所檢測的機(jī)械的本征頻率f確定所述物理量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，所述傳感器體包括具有光纖布拉格光柵(FBG)的柔性元件(2B)，所述本征頻率f為所述柔性元件(2B)的本征頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述柔性元件(2B)平行于所述流體的流徑延伸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，所述處理單元被配置成檢測所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的所述實(shí)際的本征頻率f與該部分(2B)的所述初始本征頻率&的偏差。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述處理單元具有存儲器或與存儲器相關(guān)，所述存儲器被配置成存儲所述初始本征頻率fo。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述柔性傳感器體部分(2B)的所述本征頻率低于10000Hz，比如低于2000Hz。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，所述傳感器體(2)具有剛性部分(2A)，所述剛性部分(2A)將所述傳感器體連接到流體通道的壁；柔性元件(2B)，所述柔性元件(2B)包括連接到所述剛性部分(2A)的所述光纖布拉格光柵(FBG);以及光纖，所述光纖包括通過所述剛性部分(2A)進(jìn)入所述柔性部分(2B)的所述光纖布拉格光柵(FBG)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，包括振動電感器或與振動電感器相關(guān)，被配置成利用所述流動流體引起所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的振動。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，所述傳感器體為渦旋脫落器(2)，所述渦旋脫落器(2)被配置成在操作的過程中在所述流體內(nèi)產(chǎn)生卡門渦旋(V)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中利用與所述渦旋脫落器(2)的所述各個光纖布拉格光柵(FBG)相關(guān)的所述光纖布拉格光柵(FBG)傳感器信號，可檢測由所述渦流脫落器(2)所產(chǎn)生的渦旋(V)的卡門渦旋頻率(fK)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述卡門渦旋頻率(fK)低于所述傳感器體(2)或所述傳感器體(2)的所述部分(2B)的固有頻率。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述柔性傳感器體部分的厚度小于4mm,比如小于2mm。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述傳感器體部分(2B)的所述本征頻率與所述檢測器信號的頻譜內(nèi)的第二峰值相關(guān)，使所述第二峰值與和所述頻譜內(nèi)的峰值有關(guān)的第一渦旋脫落頻率分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第一頻率峰值和所述第二頻率峰值相隔至少 IOOHz ο
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，其中所述處理單元被配置成檢測所述頻率峰值，并且尤其檢測所述峰值的所述頻率。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述處理單元被配置成確定所述檢測器信號的頻譜。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述物理量為所述流體的密度(rho)ο
18.—種被配置成檢測流動流體的物理量的設(shè)備，比如根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，該設(shè)備包括 被配置成延伸到所述流動流體內(nèi)的傳感器體(2)，所述傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器(3、7，F(xiàn)BG)的光纖布拉格光柵(FBG)，以生成與所述傳感器體(2)的至少柔性部分(2B)的振動相關(guān)的檢測器信號；以及 處理單元，所述處理單元具有存儲器或與存儲器相關(guān)，所述存儲器被配置成存儲所述傳感器體部分(2B)的初始本征頻率A，所述處理單元被配置成利用所述檢測器信號來檢測所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的實(shí)際的本征頻率，并且利用所述檢測器信號來確定所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的所述固有振動的所述所檢測的實(shí)際頻率與所述所存儲的部分(2B)的初始本征頻率的偏差。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述處理單元被配置成基于所述所檢測的偏差確定所述物理量。
20.—種比如使用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備檢測流動流體的物理量(比如密度)的方法，其中所述流體以第一頻率引起傳感器體的柔性部分(2B)的振動，其中檢測所述振動部分(2B)的本征頻率，使所述本征頻率與所述第一頻率分離，其中處理所述所檢測的本征頻率以確定所述物理量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，所述方法包括引起渦旋，該渦旋使所述柔性部分(2B)以低于所述本征頻率的渦旋脫落頻率進(jìn)行振動；以及檢測所述渦旋脫落頻率。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中使用相同的傳感器檢測所述渦旋脫落頻率和所述本征頻率。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項所述的方法，其中使用光纖布拉格光柵(FBG)檢測所述本征頻率。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23中任一項所述的方法，該方法包括 提供延伸到所述流動流體內(nèi)的傳感器體(2)，所述傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器(3、7, FBG)的光纖布拉格光柵(FBG),所述光纖布拉格光柵(FBG)生成與所述傳感器體(2)的至少柔性部分(2B)的振動相關(guān)的檢測器信號，其中所述傳感器體部分(2B)具有機(jī)械的本征頻率，所述本征頻率被定義為 f = f0 (I+Κ. rho)_1/2 其中f為流體內(nèi)所述柔性部分(2B)的所述本征頻率(Hz)，&為真空內(nèi)所述柔性部分(2B)的初始本征頻率(Hz)，rho為所述流體的密度(kg/m3)，K為與所述柔性部分(2B)的尺寸和質(zhì)量相關(guān)的常量(m3/kg)， 該方法進(jìn)一步包括處理所述檢測器信號以檢測所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的實(shí)際的機(jī)械本征頻率f，并且基于所述機(jī)械的本征頻率f確定所述物理量。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項所述的方法，所述方法包括 提供延伸到所述流體內(nèi)的傳感器體(2)，所述傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器(3>7,FBG)的光纖布拉格光柵(FBG),所述光纖布拉格光柵生成與所述傳感器體(2)的至少柔性部分(2B)的振動相關(guān)的檢測器信號；以及 處理所述檢測器信號以檢測所述傳感器體(2)的所述柔性部分(2B)的所述實(shí)際的機(jī)械本征頻率；以及 確定所述柔性部分(2B)的所述所檢測的實(shí)際本征頻率與所述部分(2B)的預(yù)定的初始本征頻率的偏差。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其中所述處理包括使用所述傳感器信號的頻譜，并且尤其包括檢測在該頻譜內(nèi)的峰值，所述峰值與所述實(shí)際本征頻率相關(guān)。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26中任一項所述的方法，其中所述本征頻率低于1000Hz。
全文摘要
本申請公開了一種被配置成檢測流動流體的物理量(比如流體的密度)的設(shè)備，該設(shè)備包括被配置成延伸到流動流體內(nèi)的傳感器體(2)，該傳感器體包括光纖布拉格光柵傳感器(3、7，F(xiàn)BG)的光纖布拉格光柵(FBG)，以生成與傳感器體(2)的至少部分(2B)的振動相關(guān)的檢測器信號；以及處理單元，該處理單元被配置成處理該檢測器信號并且以傳感器體(2)的柔性部分(2B)的機(jī)械本征頻率基于所檢測的振動確定物理量。
文檔編號G01N11/16GK102648400SQ201080055373
公開日2012年8月22日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者沃特·希費(fèi)爾利 申請人:荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno