專利名稱：一種基于波登管的光纖流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流量測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于波登管的光纖流量計(jì)，適用于測量流體的流量。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的很多領(lǐng)域，都需要對流體的流量進(jìn)行監(jiān)測。目前，常用的流量計(jì)有靶式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)或渦街流量計(jì)等。這些流量計(jì)大多是通過電傳感器測得力、轉(zhuǎn)速或振動信號，再輸入分析設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，最后得出流量數(shù)值。但是，電子類傳感器存在密封性差、易漏電、易腐蝕、受電磁干擾等問題。光纖傳感器采用光纖進(jìn)行傳感和傳輸，不存在上述問題，因此近年得到了越來越多的重視。但是目前的光纖流量計(jì)仍存在較多問題。趙棟等人提出了渦街式光纖流量計(jì)的設(shè)計(jì)(趙棟等，“基于白光干涉原理的全光纖渦街流量測量方法”儀器儀表學(xué)報(bào)，2011)，這種渦街式流量計(jì)采用光纖垂直于流向布置，通過流體的壓力使光纖長度發(fā)生變化。其不足在于:1)光纖本身作為阻流體，受力小，靈敏度低；2)傳感器包含一光纖干涉儀，系統(tǒng)復(fù)雜；3)當(dāng)流體粘度較大時(shí)光纖很容易被流體沖斷；4)很多流體對光纖材料本身有腐蝕作用，適用的流體種類有限。鄭倫佳等人公開了一種“包括光纖布拉格光柵傳感器的卡門渦流流量計(jì)組件以及測量流體流速的方法”(中國專利申請?zhí)?00780047600.1)，該方案中在渦街發(fā)生器后面布置光纖光柵，其不足在于:1)當(dāng)流體粘度較大時(shí)光纖很容易被流體沖斷；2)很多流體對光纖材料本身有腐蝕作用，適用的流體種類有限；3)光纖感受的是由于渦街發(fā)生器變形而產(chǎn)生的應(yīng)變，而不是渦街發(fā)生器產(chǎn)生的渦流造成的換能機(jī)構(gòu)的位移，因此靈敏度較低。因此，如何保護(hù)光纖不受流體本身的影響，并提高流量計(jì)的靈敏度，以及提高流量計(jì)的可靠性成為光纖流量計(jì)目前亟需解決的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種基于波登管的光纖流量計(jì)，以解決現(xiàn)有光纖流量計(jì)中光纖受流體本身的影響以及靈敏度和可靠性有待提高的問題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于波登管的光纖流量計(jì)，該光纖流量計(jì)包括:將該光纖流量計(jì)與被測管道固接的外殼10 ;安裝于該外殼10內(nèi)部用以產(chǎn)生渦街的渦街發(fā)生體50 ;安裝于該外殼10內(nèi)部且平行于流體流動方向用以感受渦街產(chǎn)生的振動的測量膜片20 ;透過該外殼10的側(cè)壁且與該外殼10密封固接用以將測量膜片20的振動轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部壓力變化的波登管40，該波登管40伸入該外殼10且密閉的一端與該測量膜片20固接；安裝于該波登管40位于該外殼10外部的開口端用以感受波登管40內(nèi)部壓力變化并產(chǎn)生變形的彈性膜片60 ;設(shè)置于該外殼10的外側(cè)壁上用以固定光纖光柵30的光纖固定點(diǎn)31 ;以及兩端分別固定于彈性膜片60和光纖固定點(diǎn)31用以測量渦街頻率的光纖光柵30。上述方案中，所述外殼10呈中空的圓柱形，其側(cè)壁具有一圓孔，所述波登管40透過該圓孔且與該外殼10密封固接。上述方案中，所述渦街發(fā)生體50通過一橫梁安裝于該外殼10內(nèi)部。上述方案中，所述測量膜片20平行于流體流動方向，并且測量膜片20所在平面與渦街振動方向垂直。上述方案中，所述波登管40穿過殼體10，其密閉端位于外殼10內(nèi)部，開口端位于外殼10外部，并與外殼10密封固接。上述方案中，所述波登管40內(nèi)充滿不可壓縮液體，并在開口端被彈性膜片60密封。上述方案中，所述光纖光柵30有一定的初始預(yù)應(yīng)力。上述方案中，所述光纖固定點(diǎn)31是外殼10外壁上的一個(gè)凸臺。上述方案中，所述光纖固定點(diǎn)31是安裝于外殼10外壁套住并起到保護(hù)光纖光柵30作用的圓柱筒的一端上的小孔。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果:1、本實(shí)用新型提供的這種基于波登管的光纖流量計(jì)，采用在外殼外部布設(shè)光纖光柵的方式，有效地避免了流體對光纖光柵的影響。2、本實(shí)用新型提供的這種基于波登管的光纖流量計(jì)，通過波登管將測量膜片的位移轉(zhuǎn)變?yōu)椴ǖ枪軆?nèi)部的壓力，并在開口端安裝彈性膜片，將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅て淖冃?，利用了波登管的放大作用，不但提高了流量?jì)的靈敏度，而且可以通過選擇波登管的截面形狀和尺寸方便地調(diào)整流量計(jì)的靈敏度。3、本實(shí)用新型提供的這種基于波登管的光纖流量計(jì)，可以選擇波登管的材料與流體管道或殼體的材料相同，或更加耐腐蝕的材料，從而提高了流量計(jì)的可靠性。

圖1為本實(shí)用新型提供的基于波登管的光纖流量計(jì)的示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參照圖1，圖1為本實(shí)用新型提供的基于波登管的光纖流量計(jì)的示意圖，該基于波登管的光纖流量計(jì)包括:將該光纖流量計(jì)與被測管道固接的外殼10 ;安裝于該外殼10內(nèi)部用以產(chǎn)生渦街的渦街發(fā)生體50 ;安裝于該外殼10內(nèi)部且平行于流體流動方向用以感受渦街產(chǎn)生的振動的測量膜片20 ;透過該外殼10的側(cè)壁且與該外殼10密封固接用以將測量膜片20的振動轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部壓力變化的波登管40，該波登管40伸入該外殼10且密閉的一端與該測量膜片20固接；安裝于該波登管40位于該外殼10外部的開口端用以感受波登管40內(nèi)部壓力變化并產(chǎn)生變形的彈性膜片60 ;設(shè)置于該外殼10的外側(cè)壁上用以固定光纖光柵30的光纖固定點(diǎn)31 ;以及兩端分別固定于彈性膜片60和光纖固定點(diǎn)31用以測量渦街頻率的光纖光柵30。其中，外殼10呈中空的圓柱形，其側(cè)壁具有一圓孔，所述波登管40透過該圓孔且與該外殼10密封固接。渦街發(fā)生體50通過一橫梁安裝于該外殼10內(nèi)部。測量膜片20平行于流體流動方向，并且測量膜片20所在平面與渦街振動方向垂直，測量膜片20的剛度較大，不會在渦街的作用下產(chǎn)生變形，以最大限度地感受渦街振動并產(chǎn)生位移。波登管40穿過殼體10,其密閉端位于外殼10內(nèi)部,開口端位于外殼10外部,并與外殼10密封固接,使外殼10內(nèi)的流體不會漏出。波登管40內(nèi)充滿不可壓縮液體，并在開口端被彈性膜片60密封，密封的方法可以是粘接或采用密封圈的方式。光纖光柵30有一定的初始預(yù)應(yīng)力。光纖光柵30—端固定在彈性膜片60的中間(此處具有最大撓度)，另一端固定在光纖固定點(diǎn)31。光纖固定點(diǎn)31是外殼10外壁上的一個(gè)凸臺，也可以是安裝于外殼10外壁套住并起到保護(hù)光纖光柵30作用的圓柱筒的一端上的小孔。固定方式可以是粘接。本實(shí)用新型提供的基于波登管的光纖流量計(jì)的工作原理為，參考圖1，當(dāng)流體在外殼10中流動時(shí)，渦街發(fā)生體50用于產(chǎn)生渦街，并引起在渦街發(fā)生體50后部產(chǎn)生垂直于流向方向的渦街振動。渦街振動引起測量膜片20的上下振動，測量膜片20沿垂直于外殼10的軸線方向振動。測量膜片20固定于波登管40的密閉端，測量膜片20的振動使波登管40發(fā)生變形。波登管40內(nèi)部充滿不可壓縮的液體，由波登管的敏感原理可知，其密閉端的位移會引起內(nèi)部的壓力發(fā)生變化。在波登管40的開口端安裝彈性膜片60，波登管40內(nèi)部的壓力變化使彈性膜片60發(fā)生變形。固定于膜片60中心的光纖光柵30于是產(chǎn)生長度的變化，引起光纖光柵30的輸出光波長發(fā)生變化。該波長變化的頻率與渦街發(fā)生的頻率一致，因此可以通過測量光纖光柵30的波長變化的頻率來測得流量。選擇合適的截面尺寸，波登管可以將很小的密閉端位移轉(zhuǎn)變?yōu)楹艽蟮膬?nèi)部壓力變化，利用波登管的放大作用，可以提高流量計(jì)的靈敏度，而且可以通過選擇波登管的截面形狀和尺寸方便地調(diào)整流量計(jì)的靈敏度。需要說明的是，對于波長調(diào)制型光纖傳感器，敏感元件不限于光纖光柵，即光纖光柵30可被其它器件替換而取得相同效果，其它器件如光纖激光器、長周期光柵、啁啾光柵
坐寸ο以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，該光纖流量計(jì)包括: 將該光纖流量計(jì)與被測管道固接的外殼(10)； 安裝于該外殼(10)內(nèi)部用以產(chǎn)生渦街的渦街發(fā)生體(50)； 安裝于該外殼(10)內(nèi)部且平行于流體流動方向用以感受渦街產(chǎn)生的振動的測量膜片(20)； 透過該外殼(10)的側(cè)壁且與該外殼(10)密封固接用以將測量膜片(20)的振動轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部壓力變化的波登管(40)，該波登管(40)伸入該外殼(10)且密閉的一端與該測量膜片(20)固接； 安裝于該波登管(40)位于該外殼(10)外部的開口端用以感受波登管(40)內(nèi)部壓力變化并產(chǎn)生變形的彈性膜片(60)； 設(shè)置于該外殼(10)的外側(cè)壁上用以固定光纖光柵(30)的光纖固定點(diǎn)(31);以及 兩端分別固定于彈性膜片￠0)和光纖固定點(diǎn)(31)用以測量渦街頻率的光纖光柵(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述外殼(10)呈中空的圓柱形，其側(cè)壁具有一圓孔，所述波登管(40)透過該圓孔且與該外殼(10)密封固接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述渦街發(fā)生體(50)通過一橫梁安裝于該外殼(`10)內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述測量膜片(20)平行于流體流動方向，并且測量膜片(20)所在平面與渦街振動方向垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述波登管(40)穿過殼體(10),其密閉端位于外殼(10)內(nèi)部,開口端位于外殼(10)外部,并與外殼(10)密封固接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述波登管(40)內(nèi)充滿不可壓縮液體，并在開口端被彈性膜片(60)密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述光纖光柵(30)有一定的初始預(yù)應(yīng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述光纖固定點(diǎn)(31)是外殼(10)外壁上的一個(gè)凸臺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波登管的光纖流量計(jì)，其特征在于，所述光纖固定點(diǎn)(31)是安裝于外殼(10)外壁套住并起到保護(hù)光纖光柵(30)作用的圓柱筒的一端上的小孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于波登管的光纖流量計(jì)，包括將該光纖流量計(jì)與被測管道固接的外殼；安裝于該外殼內(nèi)部用以產(chǎn)生渦街的渦街發(fā)生體；安裝于該外殼內(nèi)部且平行于流體流動方向用以感受渦街產(chǎn)生的振動的測量膜片；透過該外殼的側(cè)壁且與該外殼密封固接用以將測量膜片的振動轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部壓力變化的波登管，該波登管伸入該外殼且密閉的一端與該測量膜片固接；安裝于該波登管位于該外殼外部的開口端用以感受波登管內(nèi)部壓力變化并產(chǎn)生變形的彈性膜片；設(shè)置于該外殼的外側(cè)壁上用以固定光纖光柵的光纖固定點(diǎn)；以及兩端分別固定于彈性膜片和光纖固定點(diǎn)用以測量渦街頻率的光纖光柵。利用本實(shí)用新型，解決了現(xiàn)有光纖流量計(jì)中光纖受流體本身的影響以及靈敏度和可靠性有待提高的問題。
文檔編號G01F1/32GK202928627SQ20122061070
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者張文濤, 李芳 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所