專利名稱：一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)及其使用方法，屬于光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
渦街流量計(jì)輸出的是與流體流速成正比的脈沖信號(hào)，并且脈沖信號(hào)不受流體組分、密度、壓力、溫度的影響；量程范圍較寬，大多數(shù)渦街流量計(jì)在雷諾數(shù)為2xl04- 7x10s范圍內(nèi)，適用的管道口徑一般在3 00mm以下，具有較好的線性度，量程比可達(dá)到10:1以上，有的可達(dá)到20:1甚至30 :1。渦街流量計(jì)可測(cè)量液體、氣體和蒸汽流量，通常測(cè)量液體的精確度為±0.5%-±1% ,流速范圍為O. 5 7m/s ;測(cè)量氣體的精確度為±1%-±1.5%
，流速范圍為5 50m/s。李紅民等人提出的一種新型的光纖光柵渦街流量傳感器(參見(jiàn)文獻(xiàn)李紅民，高宏偉等，一種新型的光纖光柵渦街流量傳感器，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2006年)。該技術(shù)通過(guò)將傳感光柵置于旋渦發(fā)生體的下游，與管道形成一個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)量渦街信號(hào)。這種檢測(cè)方式使振蕩尾流中的噪聲成分比較復(fù)雜，有許多影響主旋渦穩(wěn)定的子旋渦等干擾信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)及其使用方法，采用三角柱作為旋渦發(fā)生體，流體在流動(dòng)中產(chǎn)生的渦街信號(hào)強(qiáng)烈并且穩(wěn)定，為流量檢測(cè)提供了很強(qiáng)的可靠性；采用光纖Bragg光柵作為傳感元件，沒(méi)有供電回路和輸出信號(hào)，傳輸信號(hào)為光信號(hào)，抗電磁干擾，能起到防止電火花產(chǎn)生和防爆作用，適合測(cè)量不同種類流體的流量，特別是對(duì)一些具有化學(xué)腐蝕性流體流量的測(cè)量有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)包括三角柱型旋渦發(fā)生體I、基座2、測(cè)量管3、導(dǎo)壓腔4、等強(qiáng)度懸臂梁6、軸向?qū)Ч?、光纖Bragg光柵8、外接光纖9和光纖引出孔10 ;三角柱型旋渦發(fā)生體I通過(guò)兩端的基座2固定在測(cè)量管3內(nèi)，三角柱型旋渦發(fā)生體I中部?jī)蓚?cè)面相通，形成導(dǎo)壓腔4，在導(dǎo)壓腔4中，等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端帶有質(zhì)量塊5，等強(qiáng)度懸臂梁6的固定端與三角柱型旋渦發(fā)生體內(nèi)部軸向?qū)Ч?連接；光纖Bragg光柵8粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁6表面的中心軸線上，光纖Bragg光柵8通過(guò)軸向?qū)Ч?和光纖引出孔10與外接光纖9相連接。三角柱型旋渦發(fā)生體I的截面形狀是一個(gè)等腰三角形截去三個(gè)角后的等腰多邊形，三角柱型旋渦發(fā)生體的底面11作為迎流面，三角柱型旋渦發(fā)生體的底邊12對(duì)著來(lái)流方向；在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)有平行于中心軸線的短棱邊13。等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端帶有的質(zhì)量塊5采用金屬銅制成。所述的一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)的使用方法，測(cè)量管內(nèi)的流體流過(guò)三角柱型旋渦發(fā)生體1，在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)會(huì)交替分離出旋渦，有旋渦的一側(cè)靜壓增大，流體被壓進(jìn)導(dǎo)壓腔4，導(dǎo)壓腔內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)流體，脈動(dòng)流體作用到等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端，導(dǎo)致粘貼在其表面中心軸線上的光纖Bragg光柵8周期性波長(zhǎng)移位，通過(guò)對(duì)光纖Bragg光柵8波長(zhǎng)移位的頻率測(cè)量，可以測(cè)出旋渦分離頻率/，根據(jù)公式
(其中，分為斯特勞哈爾數(shù)』為測(cè)量管內(nèi)徑，V力三角柱發(fā)生體迎流
4 4 Sr
面寬度，《力三角柱發(fā)生體兩側(cè)弓形流通面積 之和與測(cè)量管的橫截面積之比)，可計(jì)算出流體的流量。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用三角柱作為旋渦發(fā)生體，流體在流動(dòng)中產(chǎn)生的渦街信號(hào)強(qiáng)烈并且穩(wěn)定，為流量檢測(cè)提供了很強(qiáng)的可靠性；采用光纖Bragg光柵作為傳感元件，沒(méi)有供電回路和輸出信號(hào)，傳輸信號(hào)為光信號(hào)，抗電磁干擾，能起到防止電火花產(chǎn)生和防爆作用，適合測(cè)量不同種類流體的流量，特別是對(duì)一些具有化學(xué)腐蝕性流體流量的測(cè)量有很好的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的三角柱旋渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明的三角柱型旋渦發(fā)生體的導(dǎo)壓腔截面 圖中I-三角柱型旋渦發(fā)生體，2-基座，3-測(cè)量管，4-導(dǎo)壓腔，5-質(zhì)量塊，6-等強(qiáng)度懸臂梁，7-軸向?qū)Ч埽?-光纖Bragg光柵，9-外接光纖，10-光纖引出孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，以方便技術(shù)人員理解。如圖I所示三角柱型旋渦發(fā)生體I通過(guò)兩端的基座2固定在測(cè)量管3內(nèi)，三角柱型旋渦發(fā)生體I中部?jī)蓚?cè)面相通，形成導(dǎo)壓腔4，在導(dǎo)壓腔4中，等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端帶有質(zhì)量塊5，等強(qiáng)度懸臂梁6的固定端與三角柱型旋渦發(fā)生體內(nèi)部軸向?qū)Ч?連接；光纖Bragg光柵8粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁6表面的中心軸線上，光纖Bragg光柵8通過(guò)軸向?qū)Ч?和光纖引出孔10與外接光纖9相連接。如圖2、3所示三角柱型旋渦發(fā)生體I的截面形狀是一個(gè)等腰三角形截去三個(gè)角后的等腰多邊形，三角柱型旋渦發(fā)生體的底面11作為迎流面，三角柱型旋渦發(fā)生體的底邊
12對(duì)著來(lái)流方向；在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)有平行于中心軸線的短棱邊13，短棱邊13起作用有兩個(gè)一是強(qiáng)迫旋渦在此產(chǎn)生同步分離；二是對(duì)旋渦分離有一定的穩(wěn)定作用。等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端帶有的質(zhì)量塊5采用金屬銅制成，其作用是增大懸臂梁的形變。所述的一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)的使用方法，測(cè)量管內(nèi)的流體流過(guò)三角柱型旋渦發(fā)生體1，在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)會(huì)交替分離出旋渦，有旋渦的一側(cè)靜壓增大，流體被壓進(jìn)導(dǎo)壓腔4，導(dǎo)壓腔內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)流體，脈動(dòng)流體作用到等強(qiáng)度懸臂梁6的自由端，導(dǎo)致粘貼在其表面中心軸線上的光纖Bragg光柵8周期性波長(zhǎng)移位，通過(guò)對(duì)光纖Bragg光柵8波長(zhǎng)移位的頻率測(cè)量，可以測(cè)出旋渦分離頻率/，根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)，其特征是流量計(jì)包括三角柱型旋渦發(fā)生體、基座、測(cè)量管、導(dǎo)壓腔、等強(qiáng)度懸臂梁、軸向?qū)Ч堋⒐饫wBragg光柵、光纖引出孔和外接光纖；三角柱型旋渦發(fā)生體通過(guò)兩端的基座固定在測(cè)量管內(nèi)，三角柱型旋渦發(fā)生體中部?jī)蓚?cè)面相通，形成導(dǎo)壓腔；在導(dǎo)壓腔中，等強(qiáng)度懸臂梁的自由端帶有質(zhì)量塊，等強(qiáng)度懸臂梁的固定端與三角柱型旋渦發(fā)生體內(nèi)部軸向?qū)Ч苓B接；光纖Bragg光柵粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁表面的中心軸線上，光纖Bragg光柵通過(guò)軸向?qū)Ч芎凸饫w引出孔與外接光纖相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)，其特征是三角柱型旋渦發(fā)生體的截面形狀是一個(gè)等腰三角形截去三個(gè)角后的等腰多邊形，三角柱型旋渦發(fā)生體的底面作為迎流面，三角柱型旋渦發(fā)生體的底邊對(duì)著來(lái)流方向；在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)有平行于中心軸線的短棱邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)，其特征是等強(qiáng)度懸臂梁的自由端帶有的質(zhì)量塊采用金屬銅制成。
4.一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)的使用方法，其特征是測(cè)量管內(nèi)的流體流過(guò)三角柱型旋渦發(fā)生體，在三角柱型旋渦發(fā)生體的兩側(cè)會(huì)交替分離出旋渦，有旋渦的一側(cè)靜壓增大，流體被壓進(jìn)導(dǎo)壓腔，導(dǎo)壓腔內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)流體，脈動(dòng)流體作用到等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，導(dǎo)致粘貼在其表面中心軸線上的光纖Bragg光柵周期性波長(zhǎng)移位，通過(guò)對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位的頻率測(cè)量，可以測(cè)出旋渦分離頻率/，根據(jù)公式=，其中，分為斯特勞哈爾數(shù)，D為測(cè)量管內(nèi)徑V力三角柱發(fā)生體迎流 面寬度，《力三角柱發(fā)生體兩側(cè)弓形流通面積之和與測(cè)量管的橫截面積之比，可計(jì)算出流體的流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三角柱型旋渦發(fā)生體的光纖Bragg光柵渦街流量計(jì)及其使用方法，屬于光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。三角柱型旋渦發(fā)生體通過(guò)兩端的基座固定在測(cè)量管內(nèi)，三角柱型旋渦發(fā)生體中部?jī)蓚?cè)面相通，形成導(dǎo)壓腔；在導(dǎo)壓腔中，等強(qiáng)度懸臂梁的自由端帶有質(zhì)量塊，等強(qiáng)度懸臂梁的固定端與三角柱型旋渦發(fā)生體內(nèi)部軸向?qū)Ч苓B接；光纖Bragg光柵粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁表面的中心軸線上，光纖Bragg光柵通過(guò)軸向?qū)Ч芎凸饫w引出孔與外接光纖相連接；本發(fā)明采用三角柱作為旋渦發(fā)生體，為流量檢測(cè)提供了很強(qiáng)的可靠性；采用光纖Bragg光柵作為傳感元件，抗電磁干擾，適合測(cè)量不同種類流體的流量，特別是對(duì)具有化學(xué)腐蝕性流體流量有很好的前景。
文檔編號(hào)G01F1/32GK102768048SQ20121024872
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者李川, 李英娜, 楊云飛, 歐陽(yáng)鑫, 肖鋒, 薛俊華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)