本發(fā)明涉及一種基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，屬于流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，廣泛存在于石油天然氣、石油化工、水處理、食品飲料、制藥、能源、冶金、紙漿造紙和建筑材料等行業(yè)。目前，常用的流量計(jì)主要包括差壓流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。這些流量計(jì)大多都是通過(guò)電傳感器測(cè)得力、振動(dòng)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換得到流量大小。但是，電類傳感器易受電磁干擾，易漏電，無(wú)法用于強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境。

光纖傳感器利用光進(jìn)行傳感和傳輸，因此不受電磁干擾。同時(shí)，光纖傳感器具有徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕、絕緣、耐水、耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，光纖傳感器發(fā)展迅速，許多基于光纖傳感器的流量計(jì)被提出。

李川等人提出了一種靶式光纖光柵液體流量計(jì)（中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)20091004845.0），該流量計(jì)利用圓靶、連接桿等裝置將流體作用于圓靶上的力傳遞給光纖光柵，通過(guò)測(cè)量光纖光柵中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。該設(shè)計(jì)通過(guò)軸封膜片實(shí)現(xiàn)密封，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低。同時(shí)，該種流量計(jì)由于圓靶的引入，對(duì)流體的流動(dòng)形成了較大的干擾，且會(huì)產(chǎn)生較大的壓損。

張文濤等人提出了一種光纖渦街流量計(jì)（中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201210464800. X），該種流量計(jì)在流體中設(shè)置漩渦發(fā)生體，在漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)則的漩渦，通過(guò)光纖測(cè)量漩渦頻率實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。該設(shè)計(jì)在管道中設(shè)置了漩渦發(fā)生體、連桿、定位膜片等裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，同時(shí)對(duì)流體流動(dòng)影響較大，會(huì)產(chǎn)生較大壓損。

杜玉環(huán)等人提出了一種雙圈同軸式光纖渦輪流量計(jì)（杜玉環(huán)，郭迎清，薛海東，張小棟，丁毅，“雙圈同軸式光纖渦輪流量計(jì)的智能化設(shè)計(jì)”，智能儀器與傳感技術(shù)，2015，23（10）: 3563-3566）。該種流量計(jì)將流體流量信息轉(zhuǎn)換為渦輪轉(zhuǎn)速信息，利用光纖傳感器測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。該設(shè)計(jì)的不足之處在于，光纖探頭易受流體污染而損壞，使得流量計(jì)無(wú)法長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性。

本發(fā)明提出了一種了基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，利用應(yīng)變棒2將流體作用于應(yīng)變棒2的力傳遞給光纖光柵，通過(guò)測(cè)量光纖光柵中心反射波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。前光纖光柵4和后光纖光柵5粘貼于應(yīng)變棒2內(nèi)壁上，避免其與流體直接接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)前光纖光柵4和后光纖光柵5的保護(hù)。同時(shí)，應(yīng)變棒2為空心圓柱結(jié)構(gòu)，體積小，引起的流體阻力小，因此該流量計(jì)產(chǎn)生的壓損小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

（一）要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提出一種基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，以解決現(xiàn)有光纖流量計(jì)中光纖探頭易被流體沖刷或污染而損壞、壓損較大以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。

（二）技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，該流量計(jì)包括：將探針式流量計(jì)與被測(cè)管道連接的外殼1；傳感流體壓力和安裝光纖光柵的應(yīng)變棒2；固定應(yīng)變棒2的固定座3；用于傳感應(yīng)變棒2在流體壓力作用下所產(chǎn)生的應(yīng)變的前光纖光柵4和后光纖光柵5；用于密封的墊片6。

上述方案中，所述的外殼1的連接方式為法蘭連接。

上述方案中，所述的應(yīng)變棒2為空心圓柱結(jié)構(gòu)。

上述方案中，所述的固定座3中心開(kāi)有通孔7，用于固定應(yīng)變棒2，且固定座3與外殼1的連接方式為法蘭連接。

上述方案中，所述的前光纖光柵4和后光纖光柵5安裝于應(yīng)變棒2的內(nèi)壁上。

上述方案中，所述的墊片6為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且開(kāi)有通孔8，用于安放緊固螺絲。

（三）有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

1) 本發(fā)明提出的基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，將前光纖光柵4和后光纖光柵5安裝于應(yīng)變棒2的內(nèi)壁上，避免其被流體沖擊而損壞，提高流量計(jì)的使用壽命。

2) 本發(fā)明提出的基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，只有應(yīng)變棒2置于流體中，且應(yīng)變棒2體積小，對(duì)流體流動(dòng)的阻力小，因此該流量計(jì)壓損小。

3) 本發(fā)明提出的基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，利用應(yīng)變棒2將流體壓力直接傳遞給前光纖光柵4和后光纖光柵5，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。

附圖說(shuō)明

圖1為基于光纖光柵的探針式流量計(jì)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中序號(hào)如下：1-外殼、2-應(yīng)變棒、3-固定座、4-前光纖光柵、5-后光纖光柵、6-墊片。

圖2為固定座結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中序號(hào)如下： 7-通孔。

圖3為墊片結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中序號(hào)如下：8-通孔。

圖4為不同流速下前光纖光柵4和后光纖光柵5的光譜圖。

圖5為前光纖光柵4和后光纖光柵5的中心反射波長(zhǎng)差值與流速的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、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(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、原理以及優(yōu)化過(guò)程作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1、圖2、圖3所示，一種基于光纖光柵的探針式流量計(jì)，包括外殼1、應(yīng)變棒2、固定座3、前光纖光柵4、后光纖光柵5、墊片6。外殼1用于將設(shè)計(jì)的探針式流量計(jì)與被測(cè)管道連接，應(yīng)變棒2為空心圓柱結(jié)構(gòu)，前光纖光柵4和后光纖光柵5安裝于應(yīng)變棒2的內(nèi)壁上，固定座3通過(guò)法蘭連接方式與外殼1連接，固定座3上開(kāi)有通孔7，用于安裝應(yīng)變棒2，墊片6安裝于固定座3與外殼1之間，起密封作用。其工作過(guò)程是：流體流經(jīng)插入管道的應(yīng)變棒2，在應(yīng)變棒2表面產(chǎn)生向后的推力，迫使應(yīng)變棒2產(chǎn)生屈服變形，從而使安裝于應(yīng)變棒2內(nèi)壁上的前光纖光柵4和后光纖光柵5的中心波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)計(jì)算前光纖光柵4和后光纖光柵5中心反射波長(zhǎng)差值，便能得到流量大小。

如圖4所示，隨著流量的增加，前光纖光柵4和后光纖光柵5的中心反射波長(zhǎng)分別左右移動(dòng)，讀出前光纖光柵4和后光纖光柵5的中心反射波長(zhǎng)并進(jìn)行作差，得到前光纖光柵4和后光纖光柵5的中心反射波長(zhǎng)差值和流量的關(guān)系曲線，如圖5所示。對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定后，根據(jù)前光纖光柵4和后光纖光柵5中心反射波長(zhǎng)差值，便能得到流量大小。