[實用新型]基于分布式光纖溫度傳感技術的流速測量裝置

無效

• 申請號: 200920087316.3
• 申請日: 2009-07-14
• 公開（公告）號: CN201540302U
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 肖衡林;肖本林;胡其志;吳巍;何俊
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01P5/10
• 分類號: G01P5/10;G01K11/32
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本實用新型涉及一種流速測量技術，特別涉及一種基于分布式光纖溫度傳感技術的流速測量裝置。

背景技術

流速測量是水工試驗研究與工程實踐中一項至關重要的測試項目。目前使用較多的有5種方法：畢托管流速測量法、微型旋槳流速測量法、熱線流速測量法、激光測量法與粒子圖像測速法。

1、畢托管流速測量法

使用古典的畢托管流速測量儀器，測量方法較簡單，但只能用于平均速度測量或流量測量，且測量精度不高。

2、微型旋槳流速測量法

微型旋槳式流速儀屬直讀式流速儀，測量方便，但無法測量到溢洪道泄水槽底部流速，而且測量高速水流的旋槳容易損壞。

3、熱線流速測量法

熱線風速儀對流場特殊性要求少，測量過程相對簡單，至今仍是湍流研究的重要工具。但熱絲長細比需要標定，而且又是接觸性測量方式，對被測流場產生干擾。

4、激光測量法

激光流速儀為非接觸測量，具有不破壞介質流態，不影響流速場中的流速分布，測量精度高，幾乎無慣性，動態響應快，測速范圍大，測點小，空間分辨率高，不需要率定，可用于有腐蝕性的流體介質等許多突出優點，因此它的研究和應用得到迅速發展。激光流速儀用于測量固定點的流速比較方便，但用于測量泄水槽不同過水斷面的流速時，由于需要聚焦對點費時較多，因而測量的總時間長，影響測量速度，且價格太貴。

5、粒子圖像測速法

粒子圖像測速系統測量時不破壞流場，可以在短時間內測量大面積流速流向，具有較高的精度，因而近年來得到了廣泛的應用；缺點是在大型的物理模型試驗中該系統測量的流場為表面流場，測量過程中光度的變化以及粒子的隨水性等也會影響測量效果。

發明內容

本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種基于分布式光纖溫度傳感技術的流速測量裝置。

本實用新型的目的是這樣實現的：

分布式光纖傳感技術是一種先進有效的監測手段，具有防燃、防爆、抗腐蝕、抗電磁干擾、抗雷擊、耐高壓、高精度、精巧柔軟而不影響被測物物性，能實現長距離實時快速分布式測量并定位等優點，在諸多監測領域都受到科研工作者的高度重視，得到了深入的研究，并迅速推廣應用。

分布式光纖傳感技術主要通過測量到的光纖溫度變化來反映監測對象物性指標的變化，而流體的運動能帶走光纖內的熱量，且由于光纖小巧柔軟，可以制作成任何形狀，因此，采用光纖對流速進行測量，不僅可以得到某一點的流速，還可以得到需要測量的任何一個斷面的流速，因此，光纖傳感技術的引進為流速的監測提供了一種快速有效且方便的方法。

一、基于分布式光纖溫度傳感技術的流速測量裝置(簡稱裝置)

本裝置包括被測對象——流體，設置有分布式光纖溫度測量儀、傳感光纖、加熱裝置和流速計算裝置；

傳感光纖置于流體中，加熱裝置、傳感光纖、分布式光纖溫度測量儀和流速計算裝置前后依次連接；

分布式光纖溫度測量儀是一種將光信號轉換成溫度量的裝置；

傳感光纖是一種光纖溫度傳感器；

加熱裝置是一種給傳感光纖提供熱源的裝置；

流速計算裝置是一種將溫度換算成流速的裝置。

其工作原理為：

首先是分布式光纖溫度測量儀向傳感光纖發射激光脈沖，當激光脈沖在傳感中傳播的過程中與光纖分子相互作用，發生多種形式的散射，拉曼散射便是一種，拉曼散射光的強度與溫度有關，這些光信號再通過光纖返回給分布式溫度測量儀，分布式光纖測量儀根據返回的光信號便得到沿程光纖的初始溫之后，加熱裝置向傳感光纖施加一定功率的電流，對傳感光纖加熱，傳感溫度上升，傳感光纖與周圍流體發生熱傳遞，不同流速的水使傳感光纖傳熱同，即傳感光纖溫度上升值不一樣；當傳感光纖溫度穩定之后，分布式光纖測量儀再次向傳感光纖發射激光脈沖，測得此時傳感光纖溫度；最后將溫度入流速計算裝置，流速計算裝置將溫度值轉換成流速。

綜上所述，本裝置是通過加熱裝置和傳感光纖測試流速，通過分布式光纖溫量儀將流速轉換為溫度值，通過流速計算裝置將溫度值換算成流速。

二、基于分布式光纖溫度傳感技術的流速測量方法(簡稱方法)

本方法是一種直接測量方法，采用直流電對放置于流體中的傳感光纖加熱，分布式光纖溫度測量儀測量流體中傳感光纖的溫度，利用水力學、傳熱學等原理建立溫差與流速、加熱功率、水體導熱系數等之間的關系，并開發相應算程序，最終得到流速大小。

測量基本步驟為：

①按照流速測量要求，將傳感光纖制作成需要的形狀放入流體中；