[發明專利]一種基于鍍金屬膜長周期光纖光柵的光纖流量傳感器

無效

• 申請號: 201410076437.3
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103791957A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 董新永;朱磊;王新淮;周艷;陳哲敏
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01F1/684
• 分類號: G01F1/684
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感器件，具體涉及一種基于鍍金屬膜長周期光纖光柵的光纖流量傳感器。

背景技術

流速、流量的測量在石油、化工、醫藥、能源計量、環境監測等工業生產過程中占據著舉足輕重的地位。因此，流速、流量傳感器是流體檢測和控制過程中不可缺少的傳感器件。傳統的機械式流速、流量傳感器測量誤差大、精度低。例如，采用超聲波的流速測量儀、電磁波的流速儀或聲學多普勒效應的流速儀等，雖然測量精度較高，但其成本高且易受電磁波干擾。隨著光纖技術的發展，出現了很多基于光學原理的光纖流速、流量傳感器。

近年來，光纖流量傳感器因其獨特的優點備受人們的廣泛關注。光纖流量傳感器是采用光在光纖中傳輸時光的特性(如強度、相位、頻率、波長等)會受流量的調制并將相應的調制量解調為流體流速的原理實現的。與傳統的流量傳感器相比，光纖流量傳感器具有如下優點：(1)準確度、靈敏度高；(2)耐高壓、耐高溫、抗電磁干擾，在易燃、易爆環境下安全可靠；(3)頻帶寬、動態范圍廣；(4)便于遠距離測量和控制；(5)體積小、質量輕。由于具有抗電磁干擾、抗環境噪聲，電氣絕緣性及自身安全性等特點，因此光纖流量傳感器將有著巨大的市場價值。

傳統的基于光纖的流量傳感器主要有光纖小流量傳感器、光纖多普勒流速計、光纖渦輪流量傳感器、光纖渦街流量傳感器等。

小流量光纖流量傳感器是基于菲涅耳拖曳效應測量流量的，實現了特定領域流體低流量的測量。然而，流體流量的較小使得傳感信號較弱，不利于信號的檢測，降低了測量的準確度。現今，此類傳感器僅僅滿足油、水井流量測量的需要，難以廣泛應用于流體的測量。

光纖多普勒流速計是基于光的多普勒效應來確定流體的流動速度，可實現物體運動速度的非接觸高精度測量。光纖多普勒流速計可以很好地應用于解決大管徑、厚管壁、水泥內襯等場所。但是，流體中微小顆粒或者氣泡是隨機存在的，從而影響了其測量精度。

光纖渦輪流量傳感器是在傳統渦輪流量測量原理的基礎上，采用多模光纖代替了內磁式傳感器而構成的反射型光纖渦輪流量傳感器。它具有線性、重復性好、抗電磁干擾能力強、測量動態范圍大等優點。但是，它的應用局限在現場不帶電、低粘度燃油氣體流量測試。

光纖渦街流量傳感器是一種以光纖作為非線性型流體產生渦流的渦街流量傳感器。利用旋渦的釋放頻率與流速成正比，就可以測出頻率從而得到流體流量。由于光纖長期處于流體中，因此光纖可能產生斷裂、磨損等現象。

目前，光纖光柵技術發展十分迅速，基于光纖光柵的溫度、壓力、振動、濕度等物理量的傳感器也層出不窮。在流體流量測量方面，靶式光纖光柵流量計將單個或多個光纖光柵、懸臂梁及靶式圓盤結合起來，提高了系統測量的多參量性、安全性和準確性，應用十分廣泛。這類傳感器的基本工作原理為當流體流動產生的力作用在靶式圓盤上并通過傳力桿轉移到懸臂上時，懸壁的扭曲變形將引起光纖光柵形變，導致光纖光柵的波長漂移，從而通過測量波長的變化量即可得到所要測量的流量值。但是，這種傳感器結構相對較為復雜，測量結果與懸臂梁參數緊密相關，難以實現標準的制定。

在綜上所述的研究中，現有的光纖流量傳感器在性能和制作方法上各有特點，但是都存在各自的缺點，集中體現在傳感結構相對復雜、體積大、使用壽命偏短、測量精度低及價格高。基于光纖流量計的廣闊應用及對新型光纖流量傳感器的迫切需求。

發明內容

針對現有光纖流量傳感器工藝復雜、使用壽命短、體積大、價格昂貴等問題，本發明的目的在于提供了一種基于鍍金屬膜長周期光纖光柵的光纖流量傳感器。

本發明采用的技術方案是：

包括一段普通單模光纖，其纖芯中寫入了長周期光纖光柵A和長周期光纖光柵B，長周期光纖光柵B的包層表面鍍有一層金屬薄膜；利用泵浦將激光注入長周期光纖光柵A，泵浦光被耦合入光纖包層中，并在長周期光纖光柵B的包層與金屬薄膜發生熱交換，影響熱量場分布，同時由長周期光纖光柵B測量其變化，達到流量傳感的目的。

本發明具有的有益效果是：

本發明將光纖光柵技術與熱線式流量傳感技術相結合，具有制作簡單、體積小、靈敏度高、成本較低等優點，可用于微小氣體流量的測量。

附圖說明

圖1是基于鍍金屬膜長周期光纖光柵的光纖流量傳感器的結構示意圖。

圖2是一種基于鍍金屬膜長周期光纖光柵的光纖流量傳感器件的檢測裝置圖。