基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法，屬于燃氣流量測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)技術(shù)中用于測量燃氣流量的熱式流量計主要有兩種:一種是利用流動流體傳遞熱量，進而改變測量管壁溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)的熱分布式流量計；另一種是采用熱耗散的原理的熱式質(zhì)量流量計，它遵循金氏定律原理:燃氣通過熱源帶走熱量，流速越快，帶走熱量越多，溫差改變越大，所需要增加的光功率越大，熱式質(zhì)量流量計通過上述線性關(guān)系測量燃氣流量。
[0003]目前燃氣的輸運和供給主要通過管道來實現(xiàn)，管線中燃氣的流量計量是燃氣公司極為重要的管理環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的燃氣流量計量傳感器主要是基于電子器件的流量傳感器，由于它在易燃易爆場合受到防爆等因素的制約，會存在很多不安全因素。
[0004]在一些特殊應(yīng)用場合，光纖光柵傳感器作為智能化結(jié)構(gòu)的傳感器，存在諸多使用優(yōu)勢，首先，它具有體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、易集成、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點；其次它可以埋覆在被測物體和材料內(nèi)部，對壓強、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、流速、流量、粘度等物理量進行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有燃氣流量計量采用的裝置基于電子器件構(gòu)成，防爆效果差，使用不安全的問題，提供了一種基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法。
[0006]本發(fā)明所述基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法，所述熱式流量傳感器包括光纖光柵解調(diào)儀、帶有光柵的光纖、組合透鏡耦合器、大功率LED光源、光纖光柵溫度傳感器、自熱式光纖光柵溫度傳感器、塑料光纖和測溫光纖，
[0007]光纖光柵溫度傳感器和自熱式光纖光柵溫度傳感器并行設(shè)置于燃氣供氣管道內(nèi)，光纖光柵溫度傳感器設(shè)置于近氣源側(cè)，光纖光柵溫度傳感器和自熱式光纖光柵溫度傳感器之間間隔預(yù)定距離；
[0008]光纖光柵溫度傳感器的溫度信號經(jīng)帶有光柵的光纖傳遞至光纖光柵解調(diào)儀的一個溫度信號輸入端，自熱式光纖光柵溫度傳感器的溫度信號經(jīng)測溫光纖傳遞至光纖光柵解調(diào)儀的另一個溫度信號輸入端；光纖光柵解調(diào)儀的數(shù)據(jù)傳輸接口與大功率LED光源的數(shù)據(jù)傳輸接口連接，大功率LED光源的出射光經(jīng)組合透鏡耦合器和塑料光纖后，由塑料光纖側(cè)壁的光溢出口溢出，經(jīng)光選擇性吸收薄膜轉(zhuǎn)化為熱能，傳輸至自熱式光纖光柵溫度傳感器;
[0009]所述燃氣流量計量方法為:采用光纖光柵解調(diào)儀調(diào)控大功率LED光源的輸出功率，對自熱式光纖光柵溫度傳感器進行自加熱，并使其達到預(yù)定溫度T2;
[0010]當有燃氣通過時，采用光纖光柵解調(diào)儀采集獲得光纖光柵溫度傳感器測量管內(nèi)的當前溫度!\和自熱式光纖光柵溫度傳感器測量管內(nèi)的當前溫度T，大功率LED光源內(nèi)部的控制單片機獲取自熱式光纖光柵溫度傳感器測量管內(nèi)的當前溫度T后，對當前溫度T進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果控制大功率LED光源的輸出功率，使自熱式光纖光柵溫度傳感器的測量管內(nèi)溫度達到預(yù)定溫度T2，并維持恒定，從面使兩傳感器溫差△ T恒定；
[0011]再由大功率LED光源的輸出功率與燃氣流速的線性關(guān)系，根據(jù)大功率LED光源的輸出功率計算獲得燃氣供氣管道內(nèi)的燃氣流量數(shù)值。
[0012]光纖光柵溫度傳感器的兩端和自熱式光纖光柵溫度傳感器的兩端在燃氣供氣管道內(nèi)均采用固定件與管壁進行固定。
[0013]所述固定件為內(nèi)六角固定螺栓。
[0014]大功率LED光源為白光光源。
[0015]塑料光纖的側(cè)壁上設(shè)置光溢出口，并在光溢出口處鍍光選擇性吸收薄膜，光選擇性吸收薄膜吸收光溢出口溢出的光能，并轉(zhuǎn)化為熱能，作為自熱式光纖光柵溫度傳感器的熱源。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明基于光纖光柵制成，通過光纖傳遞的光能作為自熱式光纖光柵溫度傳感器的加熱源，實現(xiàn)了燃氣流量的全光測量，從而確保了燃氣計量的安全穩(wěn)定進行。
[0017]本發(fā)明適用于燃氣計量等防爆要求極高的場合，并且測量精度高，穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明所述基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法的原理框圖；圖中箭頭所示為燃氣的流動方向；
[0019]圖2是自熱式光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是自熱式光纖光柵溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是封裝塑料光纖和測溫光纖的一體化封裝管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是光選擇性吸收薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7是燃氣供氣管道內(nèi)設(shè)置光纖光柵溫度傳感器和自熱式光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式所述基于光纖光柵的熱式流量傳感器的燃氣流量計量方法，所述熱式流量傳感器包括光纖光柵解調(diào)儀1、帶有光柵的光纖2、組合透鏡親合器3、大功率LED光源4、光纖光柵溫度傳感器5、自熱式光纖光柵溫度傳感器6、塑料光纖7和測溫光纖8，
[0026]光纖光柵溫度傳感器5和自熱式光纖光柵溫度傳感器6并行設(shè)置于燃氣供氣管道內(nèi)，光纖光柵溫度傳感器5設(shè)置于近氣源側(cè)，光纖光柵溫度傳感器5和自熱式光纖光柵溫度傳感器6之間間隔預(yù)定距離；
[0027]光纖光柵溫度傳感器5的溫度信號經(jīng)帶有光柵的光纖2傳遞至光纖光柵解調(diào)儀I的一個溫度信號輸入端，自熱式光纖光柵溫度傳感器6的溫度信號經(jīng)測溫光纖8傳遞至光纖光柵解調(diào)儀I的另一個溫度信號輸入端；光纖光柵解調(diào)儀I的數(shù)據(jù)傳輸接口與大功率LED光源4的數(shù)據(jù)傳輸接口連接，大功率LED光源4的出射光經(jīng)組合透鏡耦合器3和塑料光纖7后，由塑料光纖7側(cè)壁的光溢出口溢出，經(jīng)光選擇性吸收薄膜轉(zhuǎn)化為熱能，傳輸至自熱式光纖光柵溫度傳感器6 ；
[0028]所述燃氣流量計量方法為:采用光纖光柵解調(diào)儀I調(diào)控大功率LED光源4的輸出功率，對自熱式光纖光柵溫度傳感器6進行自加熱，并使其達到預(yù)定溫度T2;
[0029]當有燃氣通過時，采用光纖光柵解調(diào)儀I采集獲得光纖光柵溫度傳感器5測量管內(nèi)的當前溫度！\和自熱式光纖光柵溫度傳感器6測量管內(nèi)的當前溫度T，大功率LED光源4內(nèi)部的控制單片機獲取自熱式光纖光柵溫度傳感器6測量管內(nèi)的當前溫度T后，對當前溫度T進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果控制大功率LED光源4的輸出功率，使自熱式光纖光柵溫度傳感器6的測量管內(nèi)溫度達到預(yù)定溫度T2，并維持恒定，從面使兩傳感器溫差Δ T恒定；
[0030]再由大功率LED光源4的輸出功率與燃氣流速的線性關(guān)系，根據(jù)大功率LED光源4的輸出功率計算獲得燃氣供氣管道內(nèi)的燃氣流量數(shù)值。
[0031]本實施方式中的大功率LED光源4包括大功率白光LED燈珠，驅(qū)動電路和控制系統(tǒng)；光纖光柵溫度傳感器5適用于燃氣管道，大功率LED光源4通過組合透鏡耦合器3連接到自熱式光纖光柵溫度傳感器6進行光加熱，兩傳感器都連接到光纖光柵解調(diào)儀I進行測溫的數(shù)據(jù)處理，光纖光柵解調(diào)儀I與大功率LED光源4內(nèi)部的控制單元，即單片機連接，從而調(diào)節(jié)大功率白光LED燈珠的輸出功率。光纖光柵解調(diào)儀I與單片機通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議匹配，從而對大功率白光LED光源進行反饋，控制和調(diào)節(jié)。
[0032]如圖2和圖3所示，自熱式光纖光柵溫度傳感器6采用雙管一體化設(shè)計，將塑料光纖7和測溫光纖8封裝在一起，塑料光纖7實現(xiàn)對自熱式光纖光柵溫度傳感器6的加熱，測溫光纖8實現(xiàn)溫度的測量并傳輸，測溫光纖8采用普通光纖完成。圖2中，自熱式光纖光柵溫度傳感器6的固定端9帶螺紋，兩根光纖封裝在金屬管10中，并使光柵位于封裝管10的正中間，另一固定端11插入燃氣管道的管壁內(nèi)凹槽中。
[0033]【具體實施方式】二:下面結(jié)合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，光纖光柵溫度傳感器5的兩端和自熱式光纖光柵溫度傳感器6的兩端在燃氣供氣管道內(nèi)均采用固定件與管壁進行固定。
[0034]兩個傳感器同時進行雙頭固定，能夠減少燃氣通過時對傳感器的應(yīng)力影響。同時，兩個傳感器的封裝金屬管外壁均涂覆防腐防掛水