局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置與測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，包括入口法蘭、測試管和出口法蘭，高壓端光纖法珀壓力傳感器連第一環(huán)形器，第一環(huán)形器連第一光源和第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連第一線陣CCD相機(jī)，低壓端光纖法珀壓力傳感器連第二環(huán)形器，第二環(huán)形器連第二光源和第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連第二線陣CCD相機(jī)，第一線陣CCD相機(jī)和第二線陣CCD相機(jī)連信號調(diào)理采集電路，信號調(diào)理采集電路連數(shù)據(jù)處理單元。方法：高壓力信號和低壓力信號導(dǎo)致法珀腔長度變化，高壓端電信號和低壓端電信號送到數(shù)據(jù)處理單元，計(jì)算流體流量。本發(fā)明解決了溫度對壓力式流量測試的交叉敏感問題，提高了流量測試精度。
【專利說明】
局部彎曲導(dǎo)流的光纖法拍式流量測試裝置與測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種裝置和方法，更具體的說，是涉及一種局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀 式流量測試裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中，流量測試場合廣泛。流量測試方法主要集中在渦輪式、渦街式、 文丘里管壓力式、電磁式等常規(guī)方法上。隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，以及流量測試環(huán)境的多 樣化，為了實(shí)現(xiàn)防磁、防爆、高溫高壓等惡劣環(huán)境下的流量檢測，結(jié)合光纖傳感測試法有良 好的防磁防爆抗干擾能力，目前有較多基于光纖傳感技術(shù)的流量檢測方法研究。
[0003] 張文濤等人公布了 一種基于光纖測力的流量計(jì)（中國發(fā)明專利申請 201210464779.3)，通過導(dǎo)流結(jié)構(gòu)將主管道內(nèi)流體按照一定流速比例導(dǎo)流到測試支管內(nèi)，在 支管內(nèi)通過測力膜片裝置傳遞給光纖傳感結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)流量測試。李天詩等人公布了一種油田 井下光纖流量傳感器（中國發(fā)明專利申請201310174087.X)，采用耐高壓的不銹鋼膜片封裝 而成，通過測試壓力致光程差實(shí)現(xiàn)流量檢測。
[0004] Hua Xia等人公布了一種適用于惡劣環(huán)境下的光纖傳感系統(tǒng)（專利號：US2011/ 0170823AI)，光纖傳感器結(jié)構(gòu)由具有周期性或準(zhǔn)周期性的微晶體或二氧化硅四面體以及一 個(gè)適應(yīng)于光纖裸纖的外包層結(jié)構(gòu)組成。Mikko J等人公布了一款流量檢測用光纖系統(tǒng)(專利 號:US2014/0260588AI)，傳感器裝置于鉆桿頭端，采用雙光纖光柵實(shí)現(xiàn)小流量測試。
[0005] 雖然光纖光柵傳感技術(shù)可實(shí)現(xiàn)流量測試，但因其溫度敏感性強(qiáng)，所以會受到溫度 交叉影響；因此，如何解決高溫高壓環(huán)境下現(xiàn)有光纖流量檢測技術(shù)中存在的流量測試受到 溫度交叉敏感影響等問題，已經(jīng)成為當(dāng)前光纖流量檢測技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀 式流量測試裝置與方法，在傳感結(jié)構(gòu)不探入管道內(nèi)的特點(diǎn)，簡化了光纖流量測試裝置的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)基于光纖法珀壓力傳感器與絕對相位差同步解調(diào)解決了溫度對壓力式流量測 試的交叉敏感問題，提高了流量測試精度。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，由裝置本體構(gòu)成，所述裝置 本體包括由左至右依次連接的入口法蘭、測試管和出口法蘭，所述測試管左右兩端設(shè)置為 直線型，中部設(shè)置為圓弧型，所述測試管中部圓弧型管壁上下兩側(cè)沿對稱軸線分別設(shè)置有 與測試管相連通的內(nèi)部設(shè)置有傳輸光線的高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀 壓力傳感器；
[0009] 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器連接有第一環(huán)形器，所述第一環(huán)形器連接有第一 光源和第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連接有第一線陣CCD相機(jī)，所述 低壓端光纖法珀壓力傳感器連接有第二環(huán)形器，所述第二環(huán)形器連接有第二光源和第二光 學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，所述第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連接有第二線陣CCD相機(jī)，所述第一線陣CCD 相機(jī)的輸出端和第二線陣CCD相機(jī)的輸出端均與信號調(diào)理采集電路的輸入端相連接，所述 信號調(diào)理采集電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元。
[0010] 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器均通過輔助連接 裝置與測試管固定連接，所述輔助連接裝置設(shè)置為中空圓柱體，所述輔助連接裝置包括由 外而內(nèi)依次設(shè)置的固接結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)和密封填料層。
[0011]所述高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器均采用激光熔接 技術(shù)進(jìn)行封裝，均采用單晶硅片和腐蝕有坑的玻璃片形成法珀腔。
[0012] 所述測試管中部圓弧型管段的彎曲角度設(shè)置為30°~360°，彎徑比設(shè)置為1.1~ 2.5〇
[0013] 所述測試管兩端直線型管段的長度均設(shè)置為被測管道直徑的5~10倍。
[0014] 本發(fā)明的目的還可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0015] -種局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置的測試方法，包括以下步驟：
[0016] (1)將所述局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置與被測管道連接，打開第一 光源和第二光源，流體流過測試管中部圓弧型管段時(shí)，在圓弧型管段的外側(cè)和內(nèi)側(cè)形成高 壓力集中區(qū)和低壓力集中區(qū)；
[0017] (2)所述高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器分別感應(yīng)測試 管中部圓弧型管段的高壓力信號和低壓力信號，高壓力信號和低壓力信號分別直接作用于 高壓端光纖法珀壓力傳感器膜片和低壓端光纖法珀壓力傳感器膜片，導(dǎo)致其法珀腔長度均 發(fā)生變化，高壓力信息和低壓力信息均隱含在各自的反射光信號變化的光程差中；
[0018] (3)所述高壓端的反射光信號通過第一環(huán)形器輸入到第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，所 述低壓端的反射光信號通過第二環(huán)形器輸入到第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，第一光學(xué)信號解調(diào) 系統(tǒng)和第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)將分別含有不同光程差信息的反射光信號解調(diào)為空間低相 干干涉圖樣；
[0019] (4)所述第一線陣CCD相機(jī)接收來自第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)的空間低相干干涉圖 樣，并將其轉(zhuǎn)化為高壓端電信號，所述第二線陣CCD相機(jī)接收來自第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)的 空間低相干干涉圖樣，并將其轉(zhuǎn)化為低壓端電信號；
[0020] (5)所述高壓端電信號和低壓端電信號均通過信號調(diào)理采集電路輸送到數(shù)據(jù)處理 單元，首先求出高低壓端絕對相位差A(yù) as，然后根據(jù)公式
，求 出高低壓端絕對壓力差A(yù)P，其中，E為膜片材料特性彈性模量，D為膜片直徑，1為膜片厚度， V為泊松比，k^s點(diǎn)波數(shù);最后根據(jù)強(qiáng)制旋流理i
計(jì)算得 到被測管道內(nèi)的流體流量Q，其中，β為修正系數(shù)，R為測試管中部圓弧型管段的曲率半徑，A 為測試管中部圓弧型管段的內(nèi)徑，P為流體密度。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：
[0022] (1)本發(fā)明中，測試管中部設(shè)置為圓弧型，在圓弧型管壁上下分別設(shè)置有與測試管 相連通的高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器，不探入測試管內(nèi)部， 消除了對測試管內(nèi)流場的擾動性影響；
[0023] (2)本發(fā)明中，高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器采用激 光熔接封裝技術(shù)和差壓非對稱雙傳感器布置結(jié)構(gòu)，有效降低了高溫環(huán)境下溫度交叉敏感導(dǎo) 致的測試誤差；
[0024] (3)本發(fā)明中，由于采用高低壓端絕對相位差的差求解管道內(nèi)流體的流量，從算法 上避免了溫度壓力的交叉敏感，提高了管道內(nèi)流體流量的測試精度。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是高壓端光纖法珀壓力傳感器整體密封固接結(jié)構(gòu)截面圖；
[0027] 圖3是低壓端光纖法珀壓力傳感器整體密封固接結(jié)構(gòu)截面圖。
[0028] 附圖標(biāo)記：1入口法蘭；2測試管；3出口法蘭;4高壓端光纖法珀壓力傳感器;5低壓 端光纖法珀壓力傳感器;6固接結(jié)構(gòu);7密封結(jié)構(gòu);8密封填料層;9第一光源；10第二光源；11 第一環(huán)形器；12第二環(huán)形器；13第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)；14第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)；15第一 線陣CXD相機(jī);16第二線陣CXD相機(jī);17信號調(diào)理采集電路;18數(shù)據(jù)處理單元。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0030]如圖1和圖3所示，本發(fā)明的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，由裝置本 體構(gòu)成，所述裝置本體包括由左至右依次連接的入口法蘭1、測試管2和出口法蘭3,所述入 口法蘭1和出口法蘭3用于與被測管道相連接，所述測試管2左右兩端均設(shè)置為直線型，中部 設(shè)置為圓弧型，所述測試管2兩端直線型管段的長度均設(shè)置為被測管道直徑的5~10倍，所 述測試管2中部圓弧型管段的彎曲角度設(shè)置為30°~360°，優(yōu)選為90°，圓弧型管段中心線半 徑與測試管2內(nèi)徑之比稱之為彎徑比，所述彎徑比設(shè)置為1.1~2.5,優(yōu)選為1.44。所述測試 管2中部圓弧型管壁上下兩側(cè)沿對稱軸線分別設(shè)置有與測試管2相連通的內(nèi)部設(shè)置有傳輸 光線的高壓端光纖法珀壓力傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5,所述高壓端光纖法珀 壓力傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5的端面均貼近圓弧型管段的內(nèi)壁但不探入圓 弧型管段內(nèi)。所述傳輸光纖形式并不局限于多模光纖一種形式，還包括大芯徑光纖、單模光 纖等，所述傳輸光線用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號的傳輸，包括入射光和出射光，所述傳輸光纖與光纖 法珀壓力傳感器固定連接一體，并通過連接法蘭實(shí)現(xiàn)光纖法珀壓力傳感器與光源及信號處 理系統(tǒng)的連接。
[0031] 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5均采用激光熔 接技術(shù)進(jìn)行封裝，整體無傳統(tǒng)膠封，避免了膠封時(shí)的高溫形變，且均采用單晶硅片和腐蝕有 微坑的玻璃片形成法珀腔。單晶硅片形成壓力感應(yīng)膜片，抗高溫玻璃片微坑深度形成法珀 腔體的初始長度為IOOym~300ym。高壓端光纖法珀壓力傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳 感器5直徑均設(shè)置為1mm~IOmm，長度均設(shè)置為5_~40_。
[0032] 所述高壓端光纖法珀壓力傳感，4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5均通過輔助連接 裝置與測試管2固定連接，所述輔助連接裝置設(shè)置為中空圓柱體，所述輔助連接裝置包括由 外而內(nèi)依次設(shè)置的中空的固接結(jié)構(gòu)6和密封結(jié)構(gòu)7,所述密封結(jié)構(gòu)7內(nèi)設(shè)置有高壓端光纖法 ?白壓力傳感器4或低壓端光纖法?自壓力傳感器5,所述高壓端光纖法?自壓力傳感器4與密封 結(jié)構(gòu)7之間設(shè)置有耐高溫的密封填料層8,還可采用O形圈和墊片加強(qiáng)密封。所述低壓端光纖 法珀壓力傳感器5與密封結(jié)構(gòu)7之間設(shè)置有密封填料層8,所述密封結(jié)構(gòu)7采用高強(qiáng)度不銹鋼 材料，通過螺紋方式與固接結(jié)構(gòu)6連接，底部可設(shè)置有限位端臺，控制高壓端光纖法珀壓力 傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5在貼近測試管2內(nèi)壁的同時(shí)不探入其內(nèi)部。
[0033] 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器4連接有第一環(huán)形器11，所述第一環(huán)形器11連接 有第一光源9和第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)13,第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)13連接有第一線陣CCD相 機(jī)15,所述低壓端光纖法珀壓力傳感器5連接有第二環(huán)形器12,所述第二環(huán)形器12連接有第 二光源10和第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)14,所述第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)14連接有第二線陣CCD 相機(jī)16,所述第一線陣CCD相機(jī)15的輸出端和第二線陣CCD相機(jī)16的輸出端均與信號調(diào)理米 集電路17的輸入端相連接，所述信號調(diào)理采集電路17的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元18。所述 第一光源9和第二光源10均采用寬帶光源。所述第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)13和第二光學(xué)信號 解調(diào)系統(tǒng)14均包括沿光路依次設(shè)置的光學(xué)柱面準(zhǔn)直鏡、光學(xué)起偏器、光楔、檢偏器和解調(diào)信 號輸出接口等。所述光學(xué)柱面準(zhǔn)直鏡實(shí)現(xiàn)光纖法珀傳感器反射信號的校準(zhǔn)，使其盡量垂直 輸入到光學(xué)起偏器中；所述光學(xué)起偏器完成光學(xué)信號尋常光〇光和非尋常光E光的分離，實(shí) 現(xiàn)偏振光提取;所述光楔實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號的等厚干涉功能，完成空間低相干干涉信號的等效 轉(zhuǎn)換;所述檢偏器實(shí)現(xiàn)干涉信號疊加，獲取最大干涉強(qiáng)度信號;所述解調(diào)信號輸出接口為光 學(xué)借條信號的輸出接口，與所述線陣CCD相機(jī)密封接觸，避免外界自然光的干擾輸入。所述 信號調(diào)理采集電路17實(shí)現(xiàn)多通道CCD電信號的采集提取，以及采集信號傳輸給后續(xù)數(shù)據(jù)處 理單元18,型號包括但不局限于嵌入式多通道高頻數(shù)據(jù)采集設(shè)備、NIUSB系列數(shù)據(jù)采集卡 (如 6210、6341、6361等）。
[0034] 上述局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置的測試方法，包括以下步驟：
[0035] 首先，將所述局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置與被測管道連接，打開第 一光源9和第二光源10,發(fā)射光分別進(jìn)入第一環(huán)形器11和第二環(huán)形器12后入射到高壓端光 纖法珀壓力傳感器4法珀腔和低壓端光纖法珀壓力傳感器5法珀腔內(nèi)。當(dāng)流體以一定流速流 過測試管2,通過中部圓弧型管段時(shí)在1/2彎角外側(cè)和內(nèi)側(cè)壁面，因流體離心運(yùn)動測試管2承 受的壓力發(fā)生變化，分別形成高壓力集中區(qū)和低壓力集中區(qū)，產(chǎn)生與流速有一定關(guān)系的壓 力差。
[0036] 然后，所述高壓端光纖法珀壓力傳感器4和低壓端光纖法珀壓力傳感器5分別感應(yīng) 測試管2中部圓弧型管段的高壓力信號和低壓力信號，高壓力信號和低壓力信號分別直接 作用于高壓端光纖法珀壓力傳感器4膜片和低壓端光纖法珀壓力傳感器5膜片，導(dǎo)致其法珀 腔長度均發(fā)生變化，從而導(dǎo)致反射光發(fā)生偏移使得光程差不斷發(fā)生變化，最終使高壓力信 息和低壓力信息均隱含在各自的反射光信號變化的光程差中。
[0037] 其次，所述高壓端的反射光信號通過第一環(huán)形器11輸入到第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng) 13,所述低壓端的反射光信號通過第二環(huán)形器12輸入到第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)14,第一光 學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)13和第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)14分別將含有不同光程差信息的反射光信號 解調(diào)為空間低相干干涉圖樣。
[0038] 所述第一線陣CXD相機(jī)15接收來自第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)13的空間低相干干涉圖 樣，并將其轉(zhuǎn)化為高壓端電信號，所述第二線陣CCD相機(jī)16接收來自第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng) 14的空間低相干干涉圖樣，并將其轉(zhuǎn)化為低壓端電信號。
[0039]所述高壓端電信號和低壓端電信號均通過信號調(diào)理采集電路17輸送到數(shù)據(jù)處理 單元18(嵌入式系統(tǒng)或PC工業(yè)電腦），完成信號處理與顯示等。
[0040]首先，結(jié)合空間低相干干涉理論求高低壓端絕對相位，需要求得某波數(shù)點(diǎn)s的相對 相位9(0及干涉級次m。
[0041 ] s點(diǎn)的絕對相位計(jì)算表達(dá)式：
[0042]
U)
[0043]其中，P(S)為低相干干涉信號fft變換后的頻域值，m為fft變換后求解所得干涉級 次;arctan{Im(P(s))/Re(P(s))}定義為s點(diǎn)的相對相位識(印
[0044] 高壓端絕對相位：
[0045] φ,, (.9) = φ1ι (I) - Ιιη,,π ?'2)
[0046] 低壓端絕對相位：
[0047] φ, (^) = φ, {?)-2ιη,π (3)
[0048] 其中，妳(〇為高壓端相對相位，外仍為低壓端相對相位，mh為高壓端干涉級次，nu為 低壓端干涉級次。高低壓端s點(diǎn)相對相位的值取fft變換后中心頻率(去直流分量后能量最 大處一階頻率)值對應(yīng)的相位值近似為0。
[0049] 因此，得到簡化后的高低壓端絕對相位差計(jì)算表達(dá)式：
[0050]
(4)
[0051 ] 根據(jù)絕對壓力差和絕對相位差之間存在的關(guān)系：
[0052；
(5)
[0053]式中，E為膜片材料特性彈性模量，D為膜片直徑，1為膜片厚度，松比，ksSS 點(diǎn)波數(shù)。
[0056]式中，Q為流體流量，β為修正系數(shù)，R為測試管中部圓弧型管段的曲率半徑，A為測 試管中部圓弧型管段的內(nèi)徑，P為流體密度。
[0054]依據(jù)流體力學(xué)中的強(qiáng)制旋流理，可推導(dǎo)出流體流量和高低壓端絕對相位差的關(guān) 系：
[0055； C 6)
[0057] 如此，可計(jì)算求解被測管道內(nèi)流體的流量。因高、低壓端測試壓力點(diǎn)在同一圓周截 面上，結(jié)合管道局部流體溫度場分布等勢性，知兩點(diǎn)溫度分布場近似相同，則此時(shí)因溫度變 化導(dǎo)致光纖法珀腔長微變在高低壓端上相同，從而使得反射光絕對相位內(nèi)含有等量溫度應(yīng) 變成分，那么采用先對高低壓端測試所得絕對相位進(jìn)行差值處理方法，可更進(jìn)一步消除等 溫場下溫度交叉敏感，最終提高流量測試精度。
[0058] 盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的功能及工作過程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于 上述的具體功能和工作過程，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況 下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，由裝置本體構(gòu)成，其特征在于，所述 裝置本體包括由左至右依次連接的入口法蘭、測試管和出口法蘭，所述測試管左右兩端設(shè) 置為直線型，中部設(shè)置為圓弧型，所述測試管中部圓弧型管壁上下兩側(cè)沿對稱軸線分別設(shè) 置有與測試管相連通的內(nèi)部設(shè)置有傳輸光線的高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖 法?白壓力傳感器； 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器連接有第一環(huán)形器，所述第一環(huán)形器連接有第一光源 和第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連接有第一線陣CCD相機(jī)，所述低壓 端光纖法珀壓力傳感器連接有第二環(huán)形器，所述第二環(huán)形器連接有第二光源和第二光學(xué)信 號解調(diào)系統(tǒng)，所述第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)連接有第二線陣CCD相機(jī)，所述第一線陣CCD相機(jī) 的輸出端和第二線陣CCD相機(jī)的輸出端均與信號調(diào)理采集電路的輸入端相連接，所述信號 調(diào)理采集電路的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，其特征在于，所述 高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器均通過輔助連接裝置與測試管 固定連接，所述輔助連接裝置設(shè)置為中空圓柱體，所述輔助連接裝置包括由外而內(nèi)依次設(shè) 置的固接結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)和密封填料層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，其特征在于，所述 壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器均采用激光熔接技術(shù)進(jìn)行封裝，均 采用單晶硅片和腐蝕有坑的玻璃片形成法珀腔。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，其特征在于，所述 測試管中部圓弧型管段的彎曲角度設(shè)置為30°~360°，彎徑比設(shè)置為1.1~2.5。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置，其特征在于，所述 測試管兩端直線型管段的長度均設(shè)置為被測管道直徑的5~10倍。6. -種權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置的測 試方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將所述局部彎曲導(dǎo)流的光纖法珀式流量測試裝置與被測管道連接，打開第一光源 和第二光源，流體流過測試管中部圓弧型管段時(shí)，在圓弧型管段的外側(cè)和內(nèi)側(cè)形成高壓力 集中區(qū)和低壓力集中區(qū)； (2) 所述高壓端光纖法珀壓力傳感器和低壓端光纖法珀壓力傳感器分別感應(yīng)測試管中 部圓弧型管段的高壓力信號和低壓力信號，高壓力信號和低壓力信號分別直接作用于高壓 端光纖法珀壓力傳感器膜片和低壓端光纖法珀壓力傳感器膜片，導(dǎo)致其法珀腔長度均發(fā)生 變化，高壓力信息和低壓力信息均隱含在各自的反射光信號變化的光程差中； (3) 所述高壓端的反射光信號通過第一環(huán)形器輸入到第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，所述低 壓端的反射光信號通過第二環(huán)形器輸入到第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)，第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng) 和第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)將分別含有不同光程差信息的反射光信號解調(diào)為空間低相干干 涉圖樣； (4) 所述第一線陣CCD相機(jī)接收來自第一光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)的空間低相干干涉圖樣，并 將其轉(zhuǎn)化為高壓端電信號，所述第二線陣CCD相機(jī)接收來自第二光學(xué)信號解調(diào)系統(tǒng)的空間 低相干干涉圖樣，并將其轉(zhuǎn)化為低壓端電信號； (5) 所述高壓端電信號和低壓端電信號均通過信號調(diào)理采集電路輸送到數(shù)據(jù)處理單 元，首先求出高低壓端絕對相位差A(yù) as，然后根據(jù)公出 高低壓端絕對壓力差A(yù) P，其中，E為膜片材料特性彈性模量，D為膜片直徑，1為膜片厚度，V 為泊松比，ksSS點(diǎn)波數(shù);最后根據(jù)強(qiáng)制旋流理貧汁算得 到被測管道內(nèi)的流體流量Q，其中，β為修正系數(shù)，R為測試管中部圓弧型管段的曲率半徑，A 為測試管中部圓弧型管段的內(nèi)徑，P為流體密度。
【文檔編號】G01F1/38GK105890679SQ201610463425
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】劉鐵根, 江俊峰, 楊會甲, 劉琨, 王雙, 張偉航
【申請人】天津大學(xué)