西安石油大学理学院，陕西 西安710065陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，陕西 西安710065陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安710065CNPC重点实验室——油藏光纤动态检测研究室，陕西 西安710065
流量是科学研究及工业生产中的一项重要参数。在众多流量测量仪表中，涡街流量计是一种常用类型。由于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）具有灵敏度高、体积小和抗电磁干扰强等特点，基于FBG的涡街流量传感技术具有重要研究意义。概述了FBG涡街流量传感机理，分析了涡街发生体下游的流体状态与升力变化。从已有研究成果入手，分析提炼了基本型涡街发生体作用下的旋涡属性、涡街信号处理、消除管道振动和小流量测量四个关键性问题。最后，总结并展望了该项技术利用光学方法抑制干扰信号、小口径管道涡街流量测量和FBG传感封装与增敏三个方面，还提出了未来可能发展的研究方向，以期发展新型涡街流量计。
光纤布拉格光栅 涡街流量计 涡街发生体 fiber Bragg grating vortex street flow sensor vortex generator
西安石油大学理学院，陕西 西安710065陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，陕西 西安710065陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安710065CNPC重点实验室——油藏光纤动态检测研究室，陕西 西安 710065
为了发展全光学流量测量技术，提出了一种基于掺钴高衰减光纤的光纤光栅热线式流量计。通过解调光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）中心波长进行流量测量，具体包括传感器制作、温度传感特性测定和流量测量实验。结果表明，基于衰减系数为89 dB/cm、工作波长约为1480 nm的掺钴光纤的FBG具有103 pm/℃的温度灵敏度；流量计在400~3700 L/h液体流量范围内可高重复性地实现测量；流量--FBG中心波长遵循特定非线性函数计算模型；流量计的平均灵敏度约为 015 pm/(L·h-1)，低流速下灵敏度最高可达到1 pm/(L·h-1)。所提出的流量计丰富了光纤光栅用于液体流量测量的研究。设计中采用了掺钴高衰减光纤自发热和单端毛细管封装，为流量传感器的全光学化、微型化和高灵敏度发展提供了新思路。
光纤布拉格光栅 流量计 高衰减光纤 灵敏度 fiber Bragg grating flowmeter high attenuation fiber sensitivity0
朱喻成 1,2,4范旭凯 1,2,3彭天骥 1,2,3,4,*范德亮 1,2,3,4[ ... ]田旺盛 1,2,3,4
1 中国科学院近代物理研究所兰州 730030
2 先进能源科学与技术广东省实验室惠州 516029
3 惠州离子科学研究中心惠州 516000
4 中国科学院大学北京 100049
为了预估在铅铋流量计标定过程中气缸驱动换向器因气缸正反行程不对称而造成的系统误差，实现对气缸驱动换向器的B类不确定度分量的先验分析，探究B类不确定度能否准确反映换向器引入标定相对系统误差的大小，本文基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法提出了一种用于开式换向器的双向耦合计算方法，对不同流量工况、不同力矩驱动下换向器使用行程差法得到的B类不确定度分量以及不同计时方式、换向器喷嘴出口不同速度分布下的标定相对系统误差进行了计算，并对气缸驱动换向器的运行特性进行了分析。结果表明：气缸推力越大，换向器B类不确定度越小；相较于采用行程起点或终点作为计时时刻，将换向器挡板运动至行程中点作为计时时刻，换向器引入的标定相对系统误差最低，为其他两种计时方式的1/7~1/30；换向器B类不确定度的大小可以反映使用不同计时时刻的换向器引入相对系统误差的包络值。
铅铋流量计 流量计标定装置 换向器 不确定度 系统误差 Lead-bismuth flowmeter Flowmeter calibration facilities Diverter Uncertainty Systematic error
流量测量在工业生产过程中极其重要，基于光纤布喇格光栅（FBG）的流量传感器具有一系列的优点而备受重视。结合研究成果，详细说明了常见的的靶式FBG流量计、压差式FBG流量计、涡轮式FBG流量计以及其它类型的FBG流量传感器的测量原理和实验情况，最后展望了基于FBG的流量传感器的发展方向。
流量测量 流量计 光纤传感 光纤布喇格光栅 研究进展 flow measurement flowmeter fiber optic sensing fiber Bragg grating research progress
1 鞍山师范学院计算中心, 辽宁 鞍山 114005
2 辽宁科技大学电子与信息工程学院, 辽宁 鞍山 144044
为提高明渠的液体流量测量精度, 需要精度更高的流量测量设备应用于工矿企业。本设计在分析了明渠流量原理的基础上, 提出了基于DSP28335的设计方案; 阐述了明渠堰槽流量的测量方法; 主控制芯片DSP28335利用RS232C串行通讯向DLS-A15发测距命令, DLS-A15接收此测距命令并对被测液面发射一束激光信号, 由液面反射回的激光信号被传感器接收并转换为一序列数据信息代码, 然后再经RS232C串行通讯返回给主控制芯片DSP28335接收。接收的正确数据即为激光测距传感器到液面之间的距离。实验表明, 该装置具有计量准确高、运行可靠、价格低廉特点, 为工矿企业渠道的在线高精度流量测量提供参考。
激光测距传感器 流量计 通讯模块 矩形明渠 distance laser sensor flow meter communication module rectangular canal
1 东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 黑龙江省高校校企共建测试计量技术与仪器仪表研发中心, 黑龙江 大庆 163318
设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的弯曲靶式流量传感器, 采用COMSOL软件仿真了弯曲靶臂受力时的应变分布规律, 并将两支FBGs分别粘贴于靶臂的外侧和内侧进行应力测试, 仿真与实验结果表明在外力作用下靶臂外侧和内侧分别产生拉应变和压应变, FBGs反射中心波长产生红移和蓝移。同时, 测试了该结构的温度特性, 在20 ℃~40 ℃两支FBGs反射中心波长均与温度呈线性关系, 从而可消除温度对测量结果的影响。随后搭建了弯曲靶式FBG流量传感器测量装置, 在0~800 L/H范围内的测量结果表明, 两支FBGs反射中心波长与水流量呈较好的线性关系, 其流量灵敏度为48 L/H。
光纤流量计 弯曲靶臂 双FBGs 交叉敏感 fiber flowmeter bending target structure double FBGs cross-sensitivity
1 辽宁科技大学电子与信息学院, 辽宁 鞍山 114044
2 鞍山师范学院计算中心, 辽宁 鞍山 114005
3 辽宁科技电子与信息学院, 辽宁 鞍山 114044
介绍了明渠堰槽流量的测量方法, 对流量计的硬件电路进行分析和设计, 在设计过程中阐述了激光测距传感器的基本工作原理、特点, 给出了系统的硬件设计原理图及程序设计方法。在采用DLS-A15型激光测距传感器进行测距时, 主控制芯片MB9AFB44L利用通讯模块向激光测距传感器发测距命令, 传感器接收此命令并对被测液面发射一束激光信号, 液面反射回来的激光信号被传感器转换为一序列号码, 然后再经过通讯模块返回给主控制芯片MB9AFB44L接收, 接收的正确数据即为激光测距传感器到液面之间的距离。实践表明, 该装置具有计量准确高、运行可靠、价格低廉等特点, 流量计采用接触式测量方法, 为工矿企业渠道污水排放的流量测量提供了方便。
激光测距传感器 流量计 通讯模块 明渠 distance laser sensor flow meter communication module open ditch
东北石油大学 电气信息工程学院,黑龙江 大庆163318
基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。
光纤Bragg光栅 靶式流量计 温度补偿 传感器 fiber Bragg grating target flowmeter temperature compensation sensor
昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 昆明 650500
结合光纤光栅传感检测技术与旋涡分离原理, 研制了一种基于三角柱型旋涡发生体的光纤Bragg光栅流量计, 在三角柱旋涡发生体中部设置导压腔, 腔内设置粘贴Bragg光栅的等强度悬臂梁, 流体经过发生体两侧时,交替分离旋涡, 导压腔内部产生脉动流体, 等强度悬臂梁产生振动且振动频率与旋涡分离频率成正比, 通过检测悬臂梁振动频率测量流体流量。实验表明, 该流量计的线性度为4.38% FS, 仪表系数为K=3.659, 光纤光栅波长移位频率对流量的响应度为1.182 Hz/(m3/h)。
光纤Bragg光栅 涡街流量计 三角柱发生体 导压腔 等强度悬臂梁 optical fiber Bragg grating spiral flowmeter triangular prism bluff body transmit pressure cavity equal strength cantilever beam
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心, 北京 100083
研究了一种基于视觉检测的管路流量监控系统。将玻璃浮子流量计连接到管路中, 采用LED光源对其进行照明, 采用视觉检测系统拍摄玻璃浮子流量计图像, 计算机软件对图像进行显示和处理, 得出流量计的流量读数, 并进一步对流量数据进行存储、显示和统计。系统既实现了管路工作状况和流量的现场目视观测, 同时在主控中心还可通过由系统软件提供的流量计图像和流量数据实现管路工作状况和流量的监控。论述了系统的工作原理, 分析了系统的硬件组成, 在实验室条件下搭建了实验系统。对标定算法、浮子位置的亚像素定位算法进行了论述, 并进行了实验测试和分析。结果表明, 该系统能够满足工业现场的工作需求。
流量计 视觉检测 图像处理 流量监控 flowmeter vision inspection image processing flow monitoring
