專利名稱：多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器件，具體涉及一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器。
背景技術：
流速、流量的測量在石油、化工、醫(yī)藥、能源計量、環(huán)境監(jiān)測等工業(yè)生產過程中占據(jù)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(tǒng)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，但易受電磁波干擾。隨著光纖技術的發(fā)展，出現(xiàn)了很多基于光學原理的光纖流速、流量傳感器。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(xiàn)的。與傳統(tǒng)的流量傳感器相比，光纖流量傳感器具有如下優(yōu)點(1)準確度、靈敏度高；⑵耐高壓、耐高溫、抗電磁干擾，在易燃、易爆環(huán)境下安全可靠；(3)頻帶寬、動態(tài)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(huán)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。在實際的流體中，無論是再管道內的流動，還是繞物體流動，都會導致流體的能量受到不同程度的損耗，也就是說，在同一截面的流速并均勻。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器，進行管道中各處的流場分布的測量。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是
本發(fā)明在管道一的管壁上沿軸向設有多個鉆孔，在每個徑向截面上設有2個以上鉆孔，每個鉆孔中分別安裝密封連接件，光纖通過密封連接件固定在鉆孔內，尾纖從其中相對的一個鉆孔中引出，每個光纖中均串接一個光纖光柵熱式流量傳感器件，同一徑向截面上光纖光柵熱式流量傳感器件保持均勻分布，并且光纖光柵熱式流量傳感器件的溫度補償段光纖靠近尾纖的一端。所述的在測量管管壁上沿軸向的每個徑向截面上均分別等分設有6個鉆孔，沿徑向3個鉆孔對稱布置成“川”字形，6個鉆孔位于同一徑向平面上。所述的在測量管管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有3個鉆孔，3個鉆孔位于同一徑向平面上呈三角形布置。所述的在測量管管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有4個鉆孔，4個鉆孔位于同一徑向平面上呈正方形布置，并在其中一個對角線上布置，在對角線上又串接另一個光纖光柵熱式流量傳感器件。所述的光纖光柵熱式流量傳感器件包括溫度補償段光纖和流量測量段光纖；溫度補償段光纖纖芯寫入第一光纖光柵，流量測量段光纖纖芯寫入第二光纖光柵，第二光纖光柵所在光纖的包層表面鍍有一層金屬離子形成金屬膜，錯位熔接區(qū)的耦合率通過調整溫度補償段光纖和流量測量段光纖端面的橫向錯位距離來實現(xiàn)。本發(fā)明具有的有益效果是
通過測量每個FBG的中心波長，可得到FBG所處位置的流量信息，并可分析出各個傳感器件所在平面的流量分布。光纖光柵技術與熱式流量傳感技術相結合，實現(xiàn)了流量的精確測量，具有制作簡單、體積小、靈敏度高、成本較低等優(yōu)點，填補了現(xiàn)有技術的空白。同時，此結構提供的光信號可通過光纖遠距離傳輸，廣泛應用于各種氣體運輸管道的流速、流量檢測中，可適用于電磁強干擾、濕度大等惡劣環(huán)境中。


圖1是多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的剖面圖。圖2是第一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的徑向視圖。圖3是第二種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的徑向視圖。圖4是第三種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的徑向視圖。圖5是光纖光柵熱式流量傳感器件的結構示意圖。圖中1、溫度補償段光纖，2、流量測量段光纖，3、第一光纖光柵，4、錯位熔接區(qū)， 5、金屬離子形成金屬膜，6、第二光纖光柵，7、光纖光柵熱式流量傳感器件，8、光纖，9、管道， 10、密封連接件，11、尾纖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器的結構裝置有很多種，下面列舉三種，但不僅限于此。如圖1所示，本發(fā)明在管道9的管壁上沿軸向設有多個鉆孔，圖1中為三個截面， 在每個徑向截面上設有2個以上鉆孔，每個鉆孔中分別安裝密封連接件10，光纖8通過密封連接件10固定在鉆孔內，尾纖11從其中相對的一個鉆孔中引出，每個光纖8中均串接一個光纖光柵熱式流量傳感器件7，同一徑向截面上光纖光柵熱式流量傳感器件7保持均勻分布，并且光纖光柵熱式流量傳感器件7的溫度補償段光纖1靠近尾纖11的一端。如圖2所示，所述的在測量管9管壁上沿軸向的每個徑向截面上均分別等分設有 6個鉆孔，沿徑向3個鉆孔對稱布置成“川”字形，6個鉆孔位于同一徑向平面上。如圖3所示，所述的在測量管9管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有3個鉆孔，3個鉆孔位于同一徑向平面上呈三角形布置。如圖4所示，所述的在測量管9管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有4個鉆孔，4個鉆孔位于同一徑向平面上呈正方形布置，并在其中一個對角線上布置，在對角線上又串接另一個光纖光柵熱式流量傳感器件7。以上三種結構裝置可以在同一個傳感器中單一使用，也可以在同一個傳感器中交叉使用。如圖5所示，所述的光纖光柵熱式流量傳感器件7包括溫度補償段光纖1和流量測量段光纖2 ；溫度補償段光纖1纖芯寫入第一光纖光柵3，流量測量段光纖2纖芯寫入第二光纖光柵6，第二光纖光柵6所在光纖的包層表面鍍有一層金屬離子形成金屬膜5，錯位熔接區(qū)4的耦合率通過調整溫度補償段光纖1和流量測量段光纖2端面的橫向錯位距離來實現(xiàn)，橫向錯位距離可以為7 8微米。 其中，溫度補償段光纖1長度為8cm，寫入光纖光柵3為1cm，光纖光柵3離錯位端25mm，中心波長為1520nm，反射率為13dB ；流量測量段光纖2長度為km，寫入光纖光柵 6為4mm，光纖光柵6離錯位端1mm，中心波長為1550nm，反射率為25dB ；金屬膜5是使用真空蒸發(fā)鍍膜機進行鍍銀的，鍍銀長度為4mm，鍍銀厚度為25nm，銀的外表面鍍上SiO2，厚度約為IOOnm ；錯位熔接區(qū)4約為5dB ；激光器7為連續(xù)拉曼光纖激光器，中心波長為1455nm， 功率0-1. 2W可調；波分復用器9為1455/1550nm高功率波分復用器；寬度光源11為帶寬 1520-1620nm的ASE光源；光譜分析儀為AQ8683。
權利要求
1.一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器，其特征在于在測量管道(9)的管壁上沿軸向設有多個鉆孔，在每個徑向截面上設有2個以上鉆孔，每個鉆孔中分別安裝密封連接件(10)，光纖(8)通過密封連接件(10)固定在鉆孔內，尾纖(11)從其中相對的一個鉆孔中引出，每個光纖(8)中均串接一個光纖光柵熱式流量傳感器件(7)，同一徑向截面上光纖光柵熱式流量傳感器件(7)保持均勻分布，并且光纖光柵熱式流量傳感器件(7)的溫度補償段光纖(1)靠近尾纖(11)的一端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器，其特征在于 所述的在測量管(9)管壁上沿軸向的每個徑向截面上均分別等分設有6個鉆孔，沿徑向3個鉆孔對稱布置成“川”字形，6個鉆孔位于同一徑向平面上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器，其特征在于 所述的在測量管(9)管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有3個鉆孔，3個鉆孔位于同一徑向平面上呈三角形布置。
4.根據(jù)權利要求1所述的的一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器，其特征在于所述的在測量管(9)管壁上沿軸向的每個徑向截面上等分設有4個鉆孔，4個鉆孔位于同一徑向平面上呈正方形布置，并在其中一個對角線上布置，在對角線上又串接另一個光纖光柵熱式流量傳感器件(J)。
5.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器， 其特征在于，所述的光纖光柵熱式流量傳感器件(7)包括溫度補償段光纖(1)和流量測量段光纖(2);溫度補償段光纖(1)纖芯寫入第一光纖光柵(3)，流量測量段光纖(2)纖芯寫入第二光纖光柵(6)，第二光纖光柵(6)所在光纖的包層表面鍍有一層金屬離子形成金屬膜 (5)，錯位熔接區(qū)(4)的耦合率通過調整溫度補償段光纖(1)和流量測量段光纖(2)端面的橫向錯位距離來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多截面分布式光纖光柵熱式流量傳感器。在管道的管壁上沿軸向設有多個鉆孔，在每個徑向截面上設有2個以上鉆孔，每個鉆孔中分別安裝密封連接件，光纖通過密封連接件固定在鉆孔內，尾纖從其中相對的一個鉆孔中引出，每個光纖中均串接一個光纖光柵熱式流量傳感器件，同一徑向截面上光纖光柵熱式流量傳感器件保持均勻分布，并且其溫度補償段光纖靠近尾纖的一端。光纖光柵技術與熱式流量傳感技術相結合，實現(xiàn)了流量的精確測量，具有制作簡單、體積小、靈敏度高、成本較低。同時，本發(fā)明提供的光信號可通過光纖遠距離傳輸，廣泛應用于各種氣體運輸管道的流速、流量檢測，也可適用于電磁干擾強、濕度大等惡劣環(huán)境中。
文檔編號G01F1/66GK102564504SQ20121001670
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者周文俊, 周艷, 沈文新, 程佳, 董新永, 陳哲敏, 黃震威 申請人:浙江省計量科學研究院