专利名称：分布式光纤测量流量装置及方法
技术领域：
本发明涉及分布式光纤传感技术领域，尤其涉及分布式光纤测量流量的技术领 域。
背景技术：
流量测量涉及范围非常广泛，并且随着工业技术的发展，被测介质品种也越来越 多，目前世界上每年都要添加上万种新介质，其中与生活及实践有密切关联的介质就有 五六万种之多。这些介质涉及液体、气体以及双相、多相流体，流体温度从高温到及低温，流 体压强有低压、中压、高压甚至于超高压的，流体流动形态有层流、湍流、脉动流，这些介质， 既有牛顿型流体，又有非牛顿型流体，既有大流量流体流量测量，又有微流量流体流量测 量，这些问题就给流体流量监测工作带来了极大的困难。除此之外，目前已有的测量流量的装置通常一次只能测量单一管道在某处的流 量，对于大面积测量流速，集中处理数据，目前尚未有类似的装置问世。
发明内容
为了解决上述技术中的问题，本发明提供分布式光纤测量流量装置及方法。本发明采用的技术方案为分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感光纤，待测流场管道 内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端连接在分布式光纤 传感主机上。所述的分布式光纤传感主机包括发光单元、光纤环形器、光接收模块、AD采集器、 检测分析处理系统。所述的发光单元结构为，由窄线宽光源的输出接入电光调制器输入，电光调制器 被窄脉冲驱动电路驱动输出窄脉冲光，电光调制器输出接入光放大器输入，光放大器输出 所需大功率窄脉冲光。所述的窄脉冲驱动电路发出同步信号，控制AD采集器的数据采集。发光单元发出的光通过环形器进入传感光纤，将传感光纤缠绕在待测流场管道表 面或者里面，该传感光纤可与多个待测流场相连；在待测流场内部设置一障碍物，流体遇到 障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街。此旋涡频率与流 速成正比。此传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信 号也就被此振动调制，后向散射光中的瑞利散射光通过光纤环形器进入光接收模块，再进 入AD采集器，最终进入检测分析处理系统。检测光接收�？樗盏降墓庑藕诺南辔槐浠� 率(旋涡产生的频率)即可求出流场的流速，当测流场局限在有限通道时，由流速与流量的 一一对应关系即可得到流量信号。传感光纤内光信号相位的改变时通过干涉仪输出的光强与受到相应的振动对应。 本发明运用Φ-光时域反射计的干涉机理，外界扰动作用在传感光纤上面或附近产生的压 力或振动导致传感光纤中瑞利散射光相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化，通过实时将当前时刻的管道所缠绕的某一段传感光纤后向瑞利散射信号与其 前一时刻的后向瑞利散射信号连续相干检测效应来定位管道位置，并实现将光相位的变化 转化成为光信号的变化，干涉信号反映的传感光纤的感应振动频率与流速成比例。传感光纤被流体振动调制的光相位变化量采用光时域反射和干涉式测量方法进 行解调，通过一根传感光纤把多个待测流场串联起来，从而实现对多个待测流场流体流动 产生的振动进行分布式测量。光时域反射和干涉式测量装置采用后向散射光原理，由窄线宽光源的输出接入电 光调制器输入，电光调制器被窄脉冲驱动电路驱动输出窄脉冲光，电光调制器输出接入光 放大器EDFA输入，光放大器EDFA输出所需大功率窄脉冲光，大功率窄脉冲光经光纤环形器 注入到传感光纤中，在传感光纤中将产生后向散射光得携带振动信号的瑞利散射光，自此 便完成了携带振动信息光信号的提取工作；瑞利散射光再分别进入光接收�？榻泄獾缱� 换，从而完成信号的光电探测工作；而后分别由同步信号采集器进行模数转换，从而得到数 字信号，再由监测分析处理系统，便最终监测分析处理系统的分析得到整串光纤流量传感 探头所在流量信息。分布式光纤测量流量的方法，包括以下步骤步骤一，窄线宽光源经电光调制器和窄脉冲驱动电路调制驱动产生光脉冲和同步
信号；步骤二，所述光脉冲经光放大器放大后经过光纤环形器进入传感光纤，受待测流 场里旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号也就被此振动调制 生成携带振动信号的后向散射光即瑞利散射光信号；步骤三，所述瑞利散射光进入光接收�？樽怀傻缧藕牛詈蠼階D采集器；步骤四，所述同步信号控制双通道AD采集器对AD信号的采集；步骤五，监测分析处理系统接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据预 处理、数据定标、数据解调、数据修正得到流量信息。本发明所述的分布式光纤测量流量装置相对于现有技术优点在于本发明是非电 测量、安全可靠、能实时连续分布式遥测，通过采用一根传感光纤即可探测光纤所缠绕的待 测流体场的所有流体的流量。比其它光纤流量计有更高的灵敏度和性价比，而且由于检测 的是相位信号，故不受光源波动、温度变化等因素的影响，特别适合在如煤矿一类防爆环境 下的管道气体流量测试。
图1为本发明所述的装置结构示意图；图2是本发明所述的传感光纤在待测流体场的缠绕示意具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式
。结合图1、图2可知，分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感 光纤，待测流场管道内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端 连接在分布式光纤传感主机上。
分布式光纤传感主机包括发光单元、光纤环形器5、光接收�？�6、AD采集器7、检 测分析处理系统8。发光单元中，窄线宽光源1的输出接入电光调制器3输入，电光调制器3被窄脉冲 驱动电路2驱动输出窄脉冲光，电光调制器3输出接入光放大器EDFA4输入，窄脉冲光在光 放大器EDFA4中放大输出所需大功率窄脉冲光，大功率窄脉冲光经光纤环形器5注入到传 感光纤中，将传感光纤缠绕在多个待测流场管道表面，成为多个光纤探头10-n，在待测流场 内部分别设置一障碍物，流体遇到障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡 称为卡门涡街9。此旋涡频率与流速成正比。缠绕在待测流场管道表面的光纤探头10-n 受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向瑞利散射光信号也就被此振动调 制，调制后的后向瑞利散射光信号经过光纤环形器5进入光接收�？�6，自此便完成了携带 振动信息光信号的提取工作；瑞利散射光经过光接收�？�6进行光电转换，从而完成光信 号的光电探测工作；而后分别由AD采集器7进行模数转换，从而得到数字信号，再由监测分 析处理系统8分析处理，最终得到整串光纤流量传感探头所在待测流场的流量信息。分布式光纤流量测量方法方法，包括以下步骤步骤一，窄线宽光源1经电光调制器3和窄脉冲驱动电路2调制驱动产生光脉冲 和同步信号；步骤二，所述光脉冲经光放大器4放大后经过光纤环形器5进入传感光纤，受待测 流场里旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号也就被此振动调 制生成携带振动信号的后向散射光即瑞利散射光信号；步骤三，所述瑞利散射光进入光接收�？�6转换成电信号，最后进入AD采集器7 ；步骤四，所述同步信号控制双通道AD采集器7对AD信号的采集；步骤五，监测分析处理系统8接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据 预处理、数据定标、数据解调、数据修正得到流量信息。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例 中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实 施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明 的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、 材料和部件来实现。
权利要求
1.分布式光纤测量流量装置，包括分布式光纤传感主机和传感光纤，其特征在于待 测流场管道内部设置一障碍物，传感光纤缠绕在待测流场管道表面，传感光纤始端连接在 分布式光纤传感主机上。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于所述的传感光纤可 以同时缠绕在多个待测流场管道表面，同时测量多个流场流量。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于所述的分布式光纤 传感主机包括发光单元、光纤环形器、光接收�？�、AD采集器、检测分析处理系统。
4.根据权利要求3所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于所述的发光单元结 构为，由窄线宽光源的输出接入电光调制器输入，电光调制器被窄脉冲驱动电路驱动输出 窄脉冲光，电光调制器输出接入光放大器输入，光放大器输出所需大功率窄脉冲光。
5.根据权利要求4所述的分布式光纤测量流量装置，其特征在于所述的窄脉冲驱动 电路发出同步信号，控制AD采集器的数据采集。
6.根据权利要求1所述的分布式光纤测量流量的方法，其特征在于，包括下列步骤a、窄线宽光源经电光调制器和窄脉冲驱动电路调制驱动产生窄脉冲光和同步信号；b、所述窄脉冲光经光放大器放大后经过光纤环形器进入传感光纤，受待测流场里旋涡 冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号相位也就被此振动调制，由 于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化，通过实时将当前时刻的管道所缠绕的某一 段光纤后向瑞利散射信号与其前一时刻的后向瑞利散射信号连续相干检测效应来定位管 道位置，并实现将光相位的变化转化成为光强的变化，干涉信号反映的传感光纤的感应振 动频率与流速成比例，从而可求出流场的流速；C、所述瑞利散射光进入光接收�？樽怀傻缧藕牛詈蠼階D采集器；d、所述同步信号控制双通道AD采集器对AD信号的采集；e、监测分析处理系统接收所述AD采集器采集的数据，并对数据进行数据预处理、数据 定标、数据解调、数据修正得到流量信息。
全文摘要
本发明公开了分布式光纤测量流量装置及其测量方法，通过利用一根传感光纤将多个待测流场管道连接在一起，在每个流场里分别设置一个障碍物，流体遇到障碍物后将形成有规则的两列旋转方向相反的并排旋涡称为卡门涡街。此旋涡频率与流速成正比。本产品解调基于Φ-光时域反射计的干涉机理，此传感光纤受旋涡冲力的作用而作受迫振动，传感光纤中产生的后向散射光信号相位也就被此振动调制，从而可求出流场的流速。本发明是非电测量、安全可靠、能实时连续分布式遥测，通过采用一根传感光纤即可探测光纤所缠绕的待测流体场的所有流体的流速。比其它光纤流量计有更高的灵敏度和性价比。
文档编号G01F1/32GK102128653SQ201010619118
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者仝芳轩, 周正仙, 席刚, 杨斌, 皋魏 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
