[發明專利]一種高靈敏度光纖光柵流速傳感器

在審

• 申請號: 201711484647.6
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108169513A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 何偉;朱文杰;楊明紅;代圣力;戴玉堂
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01F1/66
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發明公開了一種高靈敏度光纖光柵流速傳感器，該傳感器主要由圓筒(1)，以及安裝在圓筒(1)內的光柵基座(2)、阻流靶(7)和限位裝置組成；光柵基座(2)內安裝有光纖光柵(4)，光柵(4)兩端固定，中間懸空；阻流靶(7)上的壓針(8)，壓在懸空拉緊的光柵(4)中點。流體沖擊阻流靶(7)，阻流靶壓針(8)壓拉緊的光柵(4)中點。本發明傳感器最小測量值和靈敏度都在每秒零點幾毫米量級。

技術領域

本發明涉及一種用于測量流體流速和流量的光纖光柵傳感器，特別是一種高靈敏度光纖光柵流速傳感器。

背景技術

流體的流速和流量是相關的，在一定的條件下是可以換算的。流速和流量是工業生產過程、能源計量、環境保護監測、水工及河工模型試驗中的重要參量，流速/流量傳感器是流體參量檢測中不可缺少的裝置。流速/流量傳感器所采用的技術有許多種，例如：機械轉子技術、超聲波技術、電磁波技術、聲學多普勒效應、霍爾效應等。這些流速/流量傳感器都有各自的優點和缺點。由于光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、防腐蝕、抗電磁干擾、測量精度高和便于實現分布式傳感等優點，因此將光纖光柵技術應用于流體流速/流量測量成為一個研究方向。例如：基于汾丘里管結構的光纖光柵流速傳感器(光學學報，2006，26(8):136-139)；基于渦街原理的光纖光柵流量傳感器(傳感技術學報，2006,19(4):1195-1197)；基于V型內錐式的光纖光柵流量傳感器(儀器儀表用戶，2008,15(4):5911-7911)；多種基于阻流靶的光纖光柵流速傳感器(Measurement，2005,38(3):230-235；應用光學，2006,27(3):228-231；傳感技術學報，2010,23(4):471-474；光電子·激光，2012,23(1):1-8)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種測量流體流速和流量的光纖光柵傳感器，特別是一種高靈敏度光纖光柵流速傳感器。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的高靈敏度光纖光柵流速傳感器，其主要由圓筒，以及安裝在圓筒內的光柵基座、阻流靶和限位裝置組成；

所述圓筒的外徑約32mm、內徑約30mm、高約15mm，筒壁上開有固定光柵基座和限位裝置的螺絲孔。

所述的光柵基座外形為圓柱體，圓柱體高9-11mm，直徑29-30mm；圓柱體一個圓面的中間有一直徑10mm、深2mm且與光柵基座同軸的圓洞；在圓洞周圍，相對中心軸對稱地開有四個直徑4mm的軸向通孔。

在上述開有園洞的圓面上，沿徑向開有0.3mm寬的凹槽，凹槽在靠近圓洞邊緣時，深0.3mm；遠離圓洞，凹槽逐漸加深，在光柵基座的經向邊緣，凹槽穿過光柵基座的另一面。

將一根刻有10mm長光柵的光纖，去掉光柵兩邊約14-16mm長的光纖涂覆層，用強力固化膠將去掉涂覆層的光纖固定在所述的凹槽中，使得光柵剛好懸空橫跨圓洞經向，與光柵基座面平行，和圓洞兩側形成一個簡支梁，光纖兩端從光柵基座另一面引出。

所述的阻流靶為一圓片，圓片厚度為1.5-2.5mm，圓片厚度薄些好，但要保證圓片的剛性；圓片徑向相對兩側開有與定位銷匹配的弧形口。

所述的阻流靶圓片的一面中間沿徑向固定有一根與圓片形成一體的圓柱體壓針，圓柱體壓針長5-7mm，直徑06.-0.8mm，圓柱體壓針的軸線與圓片面平行，圓柱體壓針的中心對準圓片中心。

所述的光柵基座安裝在圓筒中，光柵基座引出光纖的一面與圓筒一端圓面平齊，光柵基座安裝光柵的一面朝著圓筒里面。

所述的阻流靶置于圓筒內，阻流靶有壓針的一面對著光柵基座安裝光柵的一面。

所述的限位裝置由定位銷和定位螺絲組成，該限位裝置使得阻流靶的壓針垂直靠近光柵基座的光柵，并保證阻流靶不致轉動和從圓筒中脫出。