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雙光纖傳感器渦輪流量計的研究應用

作者: 時間:2013-08-31 來源:網(wǎng)絡 收藏
1引言

在工業(yè)上已有五十多年的歷史,它是通過內(nèi)磁式檢測渦輪的轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)流量測量,是一種用途廣泛的流量測量儀表[3]。隨著光纖技術的發(fā)展,本文將反射型光纖與傳統(tǒng)的渦輪流量測量原理相結合,試制了具有傳感器的,與傳統(tǒng)的內(nèi)磁式相比,設計上使流量計具備了正反流量測量的性能;在檢測原理上,光纖傳感器克服了內(nèi)磁式傳感器磁性引力帶來的影響;實驗結果表明有效地擴大了渦輪流量計的量程比。

2傳感器渦輪流量計結構

設計一對反射型光纖傳感器及光電轉(zhuǎn)換電路檢測渦輪葉片的旋轉(zhuǎn),并對渦輪葉片進行改進使其葉片端面適宜反射光線(圖1)。


圖1光纖渦輪流量計示意圖

反射型光纖傳感器應用多模玻璃光纖,單根芯纖直徑200μm,數(shù)值孔徑為0.3,由兩根光纖組成,包括光發(fā)射纖和光接受纖,檢測端固化在一鋁合金護套內(nèi)可替代內(nèi)磁式傳感器安裝在渦輪流量計上[1][5]。為了提高反射型光纖傳感器的信噪比,保證接受反射信號的分辨率,光電轉(zhuǎn)換器中的光源發(fā)射電路設計為10~12kHz的調(diào)制光輸出,通過發(fā)射纖經(jīng)渦輪葉片反射從接受纖接受調(diào)制光的反射信號,經(jīng)濾波后轉(zhuǎn)換為流量脈沖信號,信號響應時間小于0.2ms,檢測距離1mm。

3傳感器渦輪流量計雙向流量測量原理

傳統(tǒng)的內(nèi)磁式傳感器受其結構限制對渦輪流量計只能檢測葉片的轉(zhuǎn)速,由于反射型光纖傳感器體積細小,因而將兩個反射型光纖傳感器并列裝配在渦輪流量計上,這樣兩個傳感器可檢測同一渦輪葉片不同位置的反射信號,而兩個傳感器信號互不干擾(圖2、3)。


圖2雙向流量測量原理圖圖3光纖傳感器輸出信號示意圖

光纖傳感器輸出的流量信號為:

f10=f10
f20=f10+Φ
Q=(f10或f20)/K

式中f10——1號光纖傳感器輸出信號
Φ——f20與f10的相位差
f20——2號光纖傳感器輸出信號
K——流量系數(shù)

傳感器輸出的f10信號和f20信號經(jīng)信號相位鑒別電路[1]后可輸出流量計正向流動計量信號f1和反向流動計量信號f2,同時也可輸出流量脈沖信號f和流向狀態(tài)信號D。

對于正向流動:D=1,0<Φ<90°,對于反向流動:D=0,Φ>90°。

4反射型光纖傳感器及流量計的測試

4.1反射型光纖傳感器響應

應用直流電機及標準轉(zhuǎn)速計對反射型光纖傳感器和內(nèi)磁式傳感器測試結果表明:反射型光纖傳感器信號特性:1Hz~6kHz;內(nèi)磁式傳感器信號特性:30Hz~1.2kHz,在低轉(zhuǎn)速區(qū)有明顯的漏脈沖(圖4)。

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