一种光纤流体流速探测装置

1.本发明涉及流体流速探测技术领域，特别是涉及一种光纤流体流速探测装置。


背景技术：

2.流速是指流体在单位时间内流过的距离。流速测量在工程实践和认知自然界中具有重要意义。
3.现有技术中具有基于不同原理的流速探测装置。例如，雷达流速仪是一种采用微波技术的测流仪器，专用于天然河流、渠/涵/管道等水流波动场所的表面流速监测，采用平面微带雷达技术，并通过后端处理技术精确提取水流速度，可实现水文、水利、农灌、给排水等领域的非接触式、无人自动监测。例如，超声多普勒流速仪是应用声学多普勒效应原理制成的测流仪，采用超声换能器，用超声波探测流速。
4.在以上技术中，由于微波和超声波的波长较长，流速对装置产生的响应不灵敏，从而导致现有技术中的流速探测装置的准确度和灵敏度低。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种光纤流体流速探测装置，以提流速探测准确度和灵敏度。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种光纤流体流速探测装置，所述光纤流体流速探测装置包括密闭气压腔室、导流管以及光纤；导流管设置在密闭气压腔室内且贯通所述密闭气压腔室；光纤设置在密闭气压腔室内且缠绕在导流管外壁上；光纤包括纤芯和包覆纤芯的包层。
7.可选地，所述纤芯内设置有布拉格光栅。
8.可选地，所述布拉格光栅呈周期性排布。
9.可选地，所述包层内设置有胶体，所述胶体设置在设置有所述布拉格光栅的纤芯两侧。
10.可选地，所述胶体内设置有贵金属纳米颗粒。
11.可选地，所述贵金属纳米颗粒在所述胶体内均匀设置。
12.可选地，所述贵金属颗粒的材料为金或银。
13.可选地，所述流体流速探测装置还包括光源和光谱探测器；所述光源和所述光谱探测器分别设置在所述光纤两侧并与光纤相连。
14.本发明的有益效果：本发明公开了一种光纤流体流速探测装置，光纤流体流速探测装置包括密闭气压腔室、导流管以及光纤；导流管设置在密闭气压腔室内且贯通所述密闭气压腔室；光纤设置在密闭气压腔室内且缠绕在导流管外壁上；光纤包括纤芯和包覆所述纤芯的包层。本发明根据待测流体流速不同时，光纤发生形变不同进而使得输出的光信号光谱不同来检测流体流速，检测精准度与检测灵敏度极高。
15.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的流体流速探测装置结构图。
17.图2是本发明实施例提供的流体流速探测装置侧视图。
18.图3是本发明实施例提供的设置有布拉格光栅时的示意图。
19.图4是本发明实施例提供的设置有胶体时的示意图。
20.图中：1、密闭气压腔室；2、导流管；3、光纤；31、纤芯；32、包层；4、光源；5、光谱探测器；6、布拉格光栅；7、胶体。
具体实施方式
21.为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
22.实施例1
23.本发明提供了一种光纤流体流速探测装置，以提流速探测准确度和灵敏度。如图1-2所示，流体流速探测装置包括密闭气压腔室1、导流管2以及光纤3。导流管2设置在密闭气压腔室1内且贯通密闭气压腔室1。光纤3设置在密闭气压腔室1内且缠绕在导流管2外壁上，特别的，这里导流管的材料我们选择的是橡胶，橡胶能在流体流过时，被密闭气压腔室1中气压能够压缩变形，同时还能在橡胶的导流管2外壁上容易地做出螺旋状地凹槽，凹槽中铺设光纤，这样光纤3能够被导流管2紧密连接，所以信号的传递更加的灵敏。光纤3包括纤芯31和包覆纤芯31的包层32。
24.使用时，光入射进缠绕在导流管2外壁上的光纤3中，未通入待测流体时，密闭气压腔室1中压强为定值。当在导流管2中通入待测流体时，流体流速高的地方压强小，会破坏密闭气压腔室1中的压强平衡，气压向内压导流管2，导流管2向内弯曲，导致缠绕在导流管2外壁上的光纤3发生拉伸，使得光纤3输出的光信号光谱发生变化，通过探测变化的光信号光谱即可检测出流速。这里特别说明，在对流体进行测速时，为了防止仪器影响流体的流速，应当在流体的主流位置设一开口取为分流，通过测量分流的流速，再根据主流和分流之间的数值关系，反推得主流的流速。
25.在本实施例中，流体流速探测装置还包括光源4和光谱探测器5。光源4和光谱探测器5分别设置在光纤3两侧并与光纤相连。其中，光谱探测器5包括光谱仪和光探测器。
26.本发明通过光路来传递信号，利用光学元件的变化来检测流速，信号的噪声更小，对微小的信号感应更加灵敏。
27.实施例2
28.在实施例1的基础上，如图3所示，纤芯31内设置有布拉格光栅6。与之前相比，设置布拉格光栅6可以使光纤3对形变更敏感，光纤3输出的光信号光谱变化更大，提高检测灵敏度，具体来讲，测流速是通过流体流过导流管2后，由于流速高的地方压强小，导流管2被密闭气压腔室1中气压向内压至变形，设置布拉格光栅之前，随着导流管2变形，光纤3也会受到拉伸，光纤3会变细变长，从而出射光谱的光强降低；进一步地，布拉格光栅6呈周期性排布。设置布拉格光纤之后，不仅会产生光强的降低，同时，由于拉伸导致布拉格光栅的周期发生变化，因此与布拉格光栅产生共振的光的波长发生变化，导致检测到的光谱的共振峰发生移动，进一步提高检测灵敏度。
29.实施例3
30.在实施例2的基础上，如图4所示，包层32内设置有胶体7，胶体7设置在设置有布拉格光栅6的纤芯31两侧。当光纤3拉伸时，布拉格光栅6的周期会增大，使得胶体7流到相邻布拉格光栅6的缝隙中。当光纤3收缩时，布拉格光栅6的周期减小，胶体7被挤出。流入相邻布拉格光栅6缝隙中的胶体7会影响光纤3的折射率，使得光纤3输出的光信号光谱发生更大变化，进一步提高检测灵敏度。更进一步地，胶体7为高折射率的胶体，以便于更明显地改变布拉格光栅6的中心波长，从而实现更高灵敏度的检测。
31.实施例4
32.在实施例3的基础上，胶体7内设置有贵金属纳米颗粒。贵金属纳米颗粒在胶体7内均匀设置。贵金属纳米颗粒的材料为金或银。贵金属颗粒会和入射光发生表面等离激元，增强对入射光的吸收，从而改变光强。流速越大，布拉格光栅6的形变越明显，进入相邻布拉格光栅6缝隙中的胶体7就越多，贵金属颗粒也就越多，对光强的吸收也就越多，光信号光谱变化就越明显，进一步提高检测灵敏度。
33.以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。


技术特征：
1.一种光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述光纤流体流速探测装置包括密闭气压腔室、导流管以及光纤；所述导流管设置在所述密闭气压腔室内且贯通所述密闭气压腔室；所述光纤设置在所述密闭气压腔室内且缠绕在所述导流管外壁上；所述光纤包括纤芯和包覆所述纤芯的包层。2.根据权利要求1所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述纤芯内设置有布拉格光栅。3.根据权利要求2所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述布拉格光栅呈周期性排布。4.根据权利要求3所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述包层内设置有胶体，所述胶体设置在设置有所述布拉格光栅的纤芯两侧。5.根据权利要求4所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述胶体内设置有贵金属纳米颗粒。6.根据权利要求5所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒在所述胶体内均匀设置。7.根据权利要求6所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒的材料为金或银。8.根据权利要求1所述的光纤流体流速探测装置，其特征在于，所述流体流速探测装置还包括光源和光谱探测器；所述光源和所述光谱探测器分别设置在所述光纤两侧并与所述光纤相连。

技术总结
本发明涉及一种光纤流体流速探测装置，所述光纤流体流速探测装置包括密闭气压腔室、导流管以及光纤；导流管设置在所述密闭气压腔室内且贯通密闭气压腔室；光纤设置在密闭气压腔室内且缠绕在导流管外壁上；光纤包括纤芯和包覆所述纤芯的包层。本发明根据待测流体流速不同时，光纤发生形变不同进而使得输出的光谱不同来检测流体流速，检测精准度与检测灵敏度极高。高。高。


技术研发人员：石喜玲 裴焕斗 张海燕
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/3/29