一种单光纤束流量传感器及其检测方法

本发明提供一种单光纤束流量传感器及其检测方法，传感器探头包括活塞缸和检测箱，活塞缸的两端分别由端盖封闭，活塞缸内滑动设置有活塞，活塞与两端的端盖之间均设置弹簧和活塞杆，两端的端盖上均开设有通孔，活塞杆的一端固定于活塞上，另一端密封滑动设置于通孔内，且其中一个通孔内的活塞杆的端部固定有反光部件，该反光部件对应置有光纤检测端，检测箱与活塞两侧的腔室分别通过一个流体通路相连通，流体通路和气源分别设置于流体在检测箱内部流通路径的相对两侧。以解决现有流量传感器多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜任的问题。本发明属于流量检测领域。

1.一种单光纤束流量传感器，其特征在于：包括传感器探头(1)、光电转换器(2)和信号处理器(3)，传感器探头(1)包括活塞缸(11)和设置于活塞缸(11)一侧的检测箱(12)，活塞缸(11)的两端分别由端盖(13)封闭，活塞缸(11)内滑动设置有活塞(14)，活塞(14)与两端的端盖(13)之间均设置弹簧(15)和活塞杆(16)，弹簧(15)的一端固定于活塞(14)上，另一端固定于端盖(13)上，所述两端的端盖(13)上均开设有通孔(17)，活塞杆(16)的一端固定于活塞(14)上，另一端密封滑动设置于通孔(17)内，且其中一个通孔(17)内的活塞杆(16)的端部固定有反光部件(18)，该通孔(17)的另一端还设置有光纤检测端(19)，光纤检测端(19)与该活塞杆(16)之间的通孔(17)的侧壁上还开设有与探头外部相连通的通气孔(171)，光纤检测端(19)的出射光纤(191)与光电转换器(2)相连，光电转换器(2)与信号处理器(3)相连；检测箱(12)上具有流体入口(121)和流体出口(122)以使流体流经检测箱(12)的内部，检测箱(12)与活塞缸(11)中活塞(14)两侧的腔室分别通过一个流体通路(123)相连通，还包括气源(124)，气源(124)的供气方向指向两个流体通路(123)的中间位置，且流体通路(123)和气源(124)分别设置于流体在检测箱(12)内部流通路径的相对两侧；还包括有光源(4)、Y型耦合器(5)和光纤(6)，光源(4)设置于光纤(6)的一端用于产生光纤信号，光源(4)发出的光信号耦合进入到光纤(6)内，光纤(6)的另一端经Y型耦合器(5)后分为检测光纤(61)和参考光纤(62)，检测光纤(61)接入到传感器探头(1)中的光纤检测端(19)，并作为光纤检测端(19)的入射光纤，参考光纤(62)则单独与一个光电转换器(2)与相连，且该光电转换器(2)与也与信号处理器(3)相连；传感器检测流体流量的方法，方法如下：光源(4)发出的光信号耦合进入到光纤(6)内，再通过Y型耦合器(5)分为两路，一路经检测光纤(61)到达光纤检测端(19)，照射到反光部件(18)上，经反射后的反射光进入接收光纤(191)，由接收光纤(191)传输到光电转换器(2)进行光电转换，再将信号输入信号处理器(3)进行信号处理；另一路经参考光纤(62)直接传输到光电转换器(2)进行光电转换后也输入到信号处理器(3)进行信号处理，信号处理器(3)再对这两路信号进行比值运算，得出压差值；若检测箱(12)内有被测流体流动，启动气源(124)吹气形成气流，则被测流体与气流在检测箱(12)内发生相互作用，使得被测流体和气流的初始动量发生改变，流体在检测箱(12)内发生偏移，以致进入活塞缸(11)的混合流体在活塞(14)的两侧形成压强差，活塞(14)在两个流体检测腔压差的作用下，向低压一侧滑移，并通过信号处理器(3)得出压差值，建立动量压差数学模型，推算得出流体动量。
2.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器，其特征在于：活塞(14)两侧的弹簧(15)对称设置，且活塞(14)两侧的弹簧(15)的结构及规格均完全相同，活塞(14)位于两端端盖(13)的正中央位置时为初始位置，此时，活塞(14)两侧的弹簧(15)均处于自然状态。
3.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器，其特征在于：两个通孔(17)均开设在所在端盖(13)的正中心位置，两个通孔(17)、活塞(14)及两个活塞杆(16)均同轴设置，反光部件(18)与光纤检测端(19)垂直设置，反光部件(18)为反光镜或反光片，活塞(14)与活塞缸(11)的内壁之间设置有活塞密封圈(141)。
4.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器，其特征在于：所述光纤检测端(19)通过螺纹旋紧固定于通孔(17)内。
5.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器，其特征在于：所述流体通路(123)上均设置有滤网(125)。
6.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器，其特征在于：所述动量压差数学模型如下：分析传动量与压差之间的关系，设气流的速度为V_s，被测流体的速度为V，其中V_s是由气源(124)发射出来的气流速度，为已知量，活塞两端压强差与两个流体的动量M_s/M有关，其中M为被测流体动量，M_s为气流动量，分别与与V²成正比；M＝kV²； k为常数；即：则：其中，k₁为已知量，从而在已知ΔP后即可求得V的值。