基于涡街发生体的光纤Bragg光栅流量计的研究

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流量是石油化工、工农业生产、环境保护、冶金工业、能源管理、科研等领域中的重要热工仪表参数。目前按照制造工艺、测量原理及方法,流量计可分为容积式流量计、浮子式流量计、差压式流量计、涡街流量计等11类。涡街流量计由于其精度高、压损小、结构简单、使用广、范围宽等特点,发展较快,已成为通用流量计之一。从信号处理方面来说,这些流量计中绝大多数采用电信号或磁信号采集测量数据,数据经过非电量转换处理。因此在很多工业应用现场,必需对其供电线路,输出信号及安装现场进行防爆或防电火花措施。近年来,光纤传感检测技术因其抗绝缘、抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小等优点,在各检测领域中应用广泛。本文将光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理相结合,研制了一种基于涡街发生体的光纤Bragg光栅流量计,具备抗电磁、防绝缘、防腐蚀等特点,适用于石油化工、冶金、核工业等特殊工业现场。主要研究内容如下:1分析了悬臂梁的应变机理,介绍了光纤Bragg光栅与悬臂梁结合的传感模型,并计算了悬臂梁的最低自振频率。2设计了光纤Bragg光栅流量计的核心部件旋涡发生体(即阻流体)。为了保证旋涡分离的稳定性、强烈度,本文选择了三角柱作为旋涡发生体,设计了具体结构尺寸。在旋涡发生体中部设置导压腔,设计了导压腔的位置,形状和尺寸,以保证旋涡发生体两侧产生的旋涡信号能够较好的传递到悬臂梁上。3根据流量计的相关测试要求,搭建了流量测试平台,对本文研制的光纤光栅流量计的实际性能进行了测试。结果表明,该流量计具备量程宽、灵敏度高等特点。
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