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1、(10)申请公布号 CN 102944270 A (43)申请公布日 2013.02.27 CN 102944270 A *CN102944270A* (21)申请号 201210464779.3 (22)申请日 2012.11.16 G01F 1/36(2006.01) (71)申请人 中国科学院半导体研究所 地址 100083 北京市海淀区清华东路甲 35 号 (72)发明人 张文涛 李芳 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 任岩 (54) 发明名称 一种测力式光纤流量计 (57) 摘要 本发明公开了一种测力式光纤流量计， 该测 力式光纤流量计包括 ：。
2、 将该测力式光纤流量计与 被测管道固接的外壳(10) ； 安装于外壳(10)侧壁 外部且两端均与外壳 (10) 内部密封联通的测量 管 (20) ； 安装于测量管 (20) 内部在流体的压力 下产生变形的测力膜片 (30) ； 安装于测量管 (20) 内部固定光纤光栅(40)的固定梁(50)， 且固定梁 (50) 设置于测力膜片 (30) 迎向流体流动方向的 一侧 ； 以及固定于固定梁 (50) 与测力膜片 (30) 之间测量流体流动产生的力的光纤光栅 (40)。利 用本发明， 解决了流量计影响原管道的流量和流 场， 光纤受其它附加作用的影响等问题， 并简化了 流量计的结构和工艺。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种测力式光纤流量计， 其特征在于， 该测力式光纤流量计包括 ： 将该测力式光纤流量计与被测管道固接的外壳 (10) ； 安装于外壳 (10) 侧壁外部且两端均与外壳 (10) 内部密封联通的测量管 (20) ； 安装于测量管 (20) 内部在流体的压力下产生变形的测力膜片 (30) ； 安装于测量管(20)内部固定光纤光栅(40)的固定梁(50)， 且固定梁(50)设置于测力 膜片 (30) 迎向流。
4、体流动方向的一侧 ； 以及 固定于固定梁 (50) 与测力膜片 (30) 之间测量流体流动产生的力的光纤光栅 (40)。 2. 根据权利要求 1 所述的测力式光纤流量计， 其特征在于， 所述外壳 (10) 呈中空的圆 柱形， 其侧壁有两个孔， 测量管 (20) 的两端通过该两个孔与外壳 (10) 内部密封联通。 3. 根据权利要求 1 所述的测力式光纤流量计， 其特征在于， 所述测量管 (20) 在流体进 入的一端具有一导流板 (60)， 被测管道中一定比例的流体在该导流板 (60) 的导流下进入 测量管 (20)。 4.根据权利要求1所述的测力式光纤流量计， 其特征在于， 所述测力膜片(30。
5、)为圆形， 通过至少一根肋 (31) 固定于测量管 (20) 的内壁， 且测力膜片 (30) 与测量管 (20) 的内壁 之间有让流体通过的缝隙。 5. 根据权利要求 1 所述的测力式光纤流量计， 其特征在于， 所述固定梁 (50) 的刚度大 于测力膜片 (30) 的刚度， 固定梁 (50) 在测量管 (20) 中的截面积小于测力膜片 (30) 的截 面积。 6. 根据权利要求 1 所述的测力式光纤流量计， 其特征在于， 所述固定梁 (50) 安装于该 测量管 (20) 内部， 且该固定梁 (50) 的中央有一中心孔 (51)， 所述光纤光栅 (40) 通过该中 心孔 (51) 与该固定梁 (。
6、50) 固接。 7. 根据权利要求 6 所述的光纤激光涡街流量计， 其特征在于， 所述光纤光栅 (40) 的一 端被固定于测力膜片(30)的中心(32)， 另一端依次穿过该固定梁(50)的中心孔(51)及该 测量管 (20) 侧壁上的引出孔而被引出。 权 利 要 求 书 CN 102944270 A 2 1/3 页 3 一种测力式光纤流量计 技术领域 0001 本发明涉及流量测试技术领域， 尤其涉及一种测力式光纤流量计， 适用于测量流 体的流量。 背景技术 0002 在工业生产和人民生活的很多领域， 都需要对流体的流量进行监测。目前， 常用 的靶式流量计是通过液体流经靶板时对靶板产生压力， 使。
7、靶板带动靶杆产生微量位移， 通 过电传感器测得位移量并将位移量转换为电信号输入分析设备进行计算， 最后得出流量数 值。但是， 电子类传感器存在密封性差、 易漏电、 易腐蚀、 受电磁干扰等问题。 0003 光纤传感器采用光纤进行传感和传输， 不存在上述问题， 因此近年得到了越来越 多的重视。但是目前的光纤流量计仍存在较多问题。 0004 李 川 等 人 提 出 了 一 种 靶 式 光 纤 光 栅 液 体 流 量 计 ( 中 国 发 明 专 利 申 请 200910094845.0)， 该流量计采用阻流靶、 连杆、 悬臂等一系列传递机构将流体引起的在阻 流靶上的压力传递给光纤光栅， 通过光栅光谱的。
8、变化测得流量。该设计的不足在于 ： 1) 阻 流靶影响了原有管道内的流场和流量 ； 2) 需要增加轴封片、 设置长条孔等， 工艺和结构复 杂， 尤其是需要对连杆这一可动机构进行密封， 可靠性低。 0005 张强等人同样提出了 “带温度补偿的光纤光栅液体流量传感器” ( 中国发明专利申 请 200910229030.9)， 该传感器中采用 “弹性舌” 感受流体引起的压力， 其不足在于 ： 1) 弹性 舌本身同样会影响原有管道中的流量和流场特性 ； 2) 光纤光栅的方向与流体方向不平行， 流体流动会对光纤光栅产生附加应力， 从而影响测量精度。 0006 高应俊等人在实用新型专利 “光纤光栅流量传感。
9、器” 中也公开了一种类似的结构， 该结构采用将光纤光栅布置于 “片状物” 上的方法进行流量测量， 片状物感受流体的压力。 该方案存在与上述两个方案相同的不足 ： 片状物同样会影响原有管道中的流量和流场特 性。此外， 光纤光栅与片状物连为一体容易产生啁啾， 从而影响测量精度。 0007 因此， 如何使流量计不影响原管道的流量和流场， 使光纤不受其它附加作用的影 响并提高灵敏度， 以及简化流量计的结构和工艺， 成为光纤流量计目前亟需解决的问题。 发明内容 0008 ( 一 ) 要解决的技术问题 0009 有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种测力式光纤流量计， 以解决流量计影 响原管道的流量和流。
10、场， 光纤受其它附加作用的影响等问题， 以及简化流量计的结构和工 艺。 0010 ( 二 ) 技术方案 0011 为达到上述目的， 本发明提供了一种测力式光纤流量计， 该测力式光纤流量计包 括 ： 将该测力式光纤流量计与被测管道固接的外壳10 ； 安装于外壳10侧壁外部且两端均与 外壳 10 内部密封联通的测量管 20 ； 安装于测量管 20 内部在流体的压力下产生变形的测力 说 明 书 CN 102944270 A 3 2/3 页 4 膜片 30 ； 安装于测量管 20 内部固定光纤光栅 40 的固定梁 50， 且固定梁 50 设置于测力膜片 30 迎向流体流动方向的一侧 ； 以及固定于固定。
11、梁 50 与测力膜片 30 之间测量流体流动产生 的力的光纤光栅 40。 0012 上述方案中， 所述外壳 10 呈中空的圆柱形， 其侧壁有两个孔， 测量管 20 的两端通 过该两个孔与外壳 10 内部密封联通。 0013 上述方案中， 所述测量管 20 在流体进入的一端具有一导流板 60， 被测管道中一定 比例的流体在该导流板 60 的导流下进入测量管 20。 0014 上述方案中， 所述测力膜片 30 为圆形， 通过至少一根肋 31 固定于测量管 20 的内 壁， 且测力膜片 30 与测量管 20 的内壁之间有让流体通过的缝隙。 0015 上述方案中， 所述固定梁 50 的刚度大于测力膜片。
12、 30 的刚度， 固定梁 50 在测量管 20 中的截面积小于测力膜片 30 的截面积。 0016 上述方案中， 所述固定梁 50 安装于该测量管 20 内部， 且该固定梁 50 的中央有一 中心孔 51， 所述光纤光栅 40 通过该中心孔 51 与该固定梁 50 固接。 0017 上述方案中， 所述光纤光栅40的一端被固定于测力膜片30的中心32， 另一端依次 穿过该固定梁 50 的中心孔 51 及该测量管 20 侧壁上的引出孔而被引出。 0018 ( 三 ) 有益效果 0019 从上述技术方案可以看出， 本发明具有以下有益效果 ： 0020 1、 本发明提供的这种测力式光纤流量计， 采用在。
13、原管道外的测量管测量的方式， 最大限度地减小了对原管道的流量和流场的影响。 0021 2、 本发明提供的这种测力式光纤流量计， 通过在固定梁 50 和测力膜片 30 之间安 装光纤光栅的方法， 使光纤光栅平行于流体流向， 减小了流体对光纤的附加作用。 0022 3、 本发明提供的这种测力式光纤流量计， 通过在原管道外设置测量管和在固定梁 50 和测力膜片 30 之间安装光纤光栅的方法， 简化了传感器结构和工艺。 附图说明 0023 图 1 为本发明提供的测力式光纤流量计的示意图 ； 0024 图 2 为本发明提供的测力式光纤流量计的测力膜片的示意图 ； 0025 图 3 为本发明提供的测力式光。
14、纤流量计的固定梁的示意图。 具体实施方式 0026 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本发明进一步详细说明。 0027 请参照图 1- 图 3， 图 1 为本发明提供的测力式光纤流量计的示意图 ； 图 2 为本发 明提供的测力式光纤流量计的测力膜片的示意图 ； 图 3 为本发明提供的测力式光纤流量计 的固定梁的示意图。 0028 该测力式光纤流量计包括 ： 将该测力式光纤流量计与被测管道固接的外壳 10 ； 安 装于外壳 10 侧壁外部且两端均与外壳 10 内部密封联通的测量管 20 ； 安装于测量管 20 内 部在流体的压力下产生变形的。
15、测力膜片 30 ； 安装于测量管 20 内部固定光纤光栅 40 的固定 梁 50， 且固定梁 50 设置于测力膜片 30 迎向流体流动方向的一侧 ； 以及固定于固定梁 50 与 说 明 书 CN 102944270 A 4 3/3 页 5 测力膜片 30 之间测量流体流动产生的力的光纤光栅 40。 0029 其中， 外壳 10 呈中空的圆柱形， 其侧壁有两个孔， 测量管 20 的两端通过该两个孔 与外壳 10 内部密封联通。测量管 20 在流体进入的一端具有一导流板 60， 被测管道中一定 比例的流体在该导流板 60 的导流下进入测量管 20。测力膜片 30 为圆形， 通过至少一根肋 31 固。
16、定于测量管 20 的内壁， 且测力膜片 30 与测量管 20 的内壁之间有让流体通过的缝隙。 固定梁 50 的刚度大于测力膜片 30 的刚度。固定梁 50 安装于该测量管 20 内部， 且该固定 梁 50 的中央有一中心孔 51， 所述光纤光栅 40 通过该中心孔 51 与该固定梁 50 固接。光纤 光栅 40 的一端被固定于测力膜片 30 的中心 32， 另一端依次穿过该固定梁 50 的中心孔 51 及该测量管 20 侧壁上的引出孔而被引出。 0030 本发明提供的测力式光纤流量计的工作原理为， 参考图1、 图2和图3， 当流体在外 壳 10 中流动时， 一部分流体进入测量管 20。固定梁 。
17、50 在测量管 20 中的截面积远小于测力 膜片 30 的截面积， 且固定梁 50 的刚度远大于测力膜片 30 的刚度， 因此当流体在测量管 20 中流过时， 固定梁 50 的中心 51 和测力膜片 30 的中心 32 之间的距离会发生变化， 从而引起 固定在期间的光纤光栅 40 产生应变， 通过测量光栅 40 的输出波长发生变化即可得到流量 大小。 0031 需要说明的是， 对于波长调制型光纤传感器， 敏感元件不限于光纤光栅， 即光纤光 栅 40 可被其它器件替换而取得相同效果， 其它器件如光纤激光器、 长周期光栅、 啁啾光栅 等。 0032 以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡 在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。 说 明 书 CN 102944270 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102944270 A 6 。