一种基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于液压系统流体测量的多功能流量传感器，特别是具备压力和温度同时测量的光纤光栅内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器，属于光电子测量技术领域。
【背景技术】
[0002]在工业生产及工程应用中，流体的流量是需要经常测量和控制的参数之一。传统的机械转子式流量计，由于受机械结构的限制，测量误差较大。后来发展的电磁流量计、超声波流量计和声学多普勒流量计，虽然测试精度有所提高，但易受电磁干扰，使用成本较高。光纤光栅是利用在光纤纤芯中形成的空间周期性折射率分布来改变光波在光纤中传播行为的一种新兴光子器件。光纤光栅传感器是利用光纤光栅中心反射波长对外界物理量的敏感原理，进行封装和设计后形成的一种新型光纤传感器，具有尺寸小、重量轻、易于组成分布式测试网络，且具备较强的抗电磁干扰能力等突出优点。
[0003]光纤光栅温度及应变(应力)传感器的发展已较为成熟，以光纤光栅为敏感元件进行流量测量也有一些公开报道，如基于文丘里管结构的光纤光栅流量传感器(陈建军，张伟刚，涂勤昌等，基于光纤光栅的高灵敏度流速传感器，光学学报，2006，26(8):1136-1139):基于涡街结构的光纤光栅流量传感器(李红民，高宏伟，刘波等，一种新型的光纤光栅润街流量传感器，传感技术学报，2006,19(4):1195-1197);基于祀式结构的光纤光栅流量传感器(李川，赵聪，许江淳，靶式光纤光栅液体流量计，发明专利，申请号:20090094845.0，公开号:CN101629836A)等。这些光纤光栅流量传感器，仍局限于对流量单个参数的测试，已难以满足当前测控技术领域中多参数、分布式传感的发展需求。而且文丘里管结构较为复杂、安装体积较大；涡街结构和靶式结构流量计，均存在阻碍流体流动的可动部件，不适宜用于高压及较快流速的测量。
[0004]基于差压原理的光纤光栅流量传感器，如蒋奇，杨猛，高芳芳等提出的双光纤光栅压差流量计(实用新型专利，申请号:201220063173.4，授权公告号:CN202547700U)和压差流量计(发明专利，申请号=201210043012.3，申请公布号:CN102607651);崔建成，肖博轩，宋彦圣等提出的基于光纤光栅微压差传感的微小管径高压喷嘴流量装置(实用新型专利，申请号:201220353252.9，授权公告号:CN202648714U)等，仍然仅针对流量参数进行测量，而且随着测量时间增加，被测流体温度的变化会直接影响流量的测量精度，均没有很好解决光纤光栅对温度和应变交叉敏感的问题。而且后者装配较为复杂、安装困难，不易实现可靠密封。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，克服现有光纤光栅传感器仅针对单一参数测量的不足，提供一种安装简便、易于密封，并可同时对被测流体的流量、压力和温度等参数进行同时测量，并能够解决光纤光栅温度应变交叉敏感问题的传感器。
[0006]现将本发明技术解决方按叙述如下:
[0007]本发明一种基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器，由光纤光栅压力传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅流量传感器构成，其特征在于:所述的光纤光栅流量传感器还包括主阀体、标准喷嘴、取压腔体、密封端盖、垫片、合金膜片、异形垫片、密封圈、紧固螺钉；所述的标准喷嘴嵌入主阀体中；采用不同中心波长的光纤光栅封装于合金膜片上；主阀体两端留有管接头螺纹，用于和被测管道的连接；标准喷嘴前后分别留有取压孔，通过取压腔体作用于合金膜片的两侧；流体流过标准喷嘴形成的节流口时在合金膜片两侧产生压差，并作用于合金膜片上，使其产生形变，粘结在合金膜片上的光纤光栅则将形变量转换为其对应中心波长的变化；所述的光纤光栅压力传感器、光纤光栅温度传感器以及光纤光栅流量传感器作为三组敏感元件，通过光纤耦合器连接到光纤光栅解调装置上，实现对流量、压力及温度参数的同时测量。
[0008]本发明进一步提供一种基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器，其特征在于:主阀体与取压腔体之间采用面密封，并用多个紧固螺钉进行固定；密封端盖用于压紧合金膜片，垫片用于实现高压流体侧的密封；密封端盖与取压腔体之间采用异形垫片和密封圈进行密封；通过异形垫片与取压腔体内部的键槽配合，防止固定端盖旋紧时带动异形垫片及合金膜片的转动，从而避免粘贴在合金膜片上的光纤光栅受到剪切力而损坏。
[0009]本发明进一步提供一种基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器，其特征在于:在流体入口端设有单独的取压孔，并安装光纤光栅压力传感器，实现对被测流体压力参数的测量；所述的光纤光栅温度传感器安装在主阀体上，不与流体直接接触，实现对被测流体温度的间接测量，光纤光栅温度传感器作为参考光栅，解决光纤光栅对应变和温度的交叉敏感问题。
[0010]本发明进一步提供一种基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器，其特征在于:所述的光纤光栅流量传感器、光纤光栅压力传感器和光纤光栅温度传感器采用中心波长不同的光纤光栅，并通过光纤耦合器对外形成同一接口，与光纤光栅解调装置或者其它光纤器件及测试设备进行连接，以利用流量传感器、压力传感器、温度传感器的不同光纤光栅中心反射波长进行编码，实现同时对被测流体的流量、压力及温度参数的测量。
[0011]本发明的有益效果是:能够利用光纤光栅实现被测流体的流量、压力和温度多参数的同时测量，并解决了光纤光栅对应变及温度的交叉敏感问题。通过采用独特的密封结构设计，便于传感器的装配、提高光纤光栅传感器制作的效率和成品率；同时可以有效减小传感器的体积，便于安装及使用。
【附图说明】
[0012]图1基于光纤光栅的内嵌式标准喷嘴多功能流量传感器