雙圈同軸式光纖渦輪流量計的智能化設計
摘要：為了克服現有電磁式渦輪流量計的量程小,易受電磁干擾的缺點,設計了一種雙圈同軸式光纖的渦輪流量智能檢測系統(tǒng);該測試系統(tǒng)由三大模塊組成,雙圈同軸式的光纖傳感器作為信號拾取工具,硬件電路對信號進行預處理,TMS320F2812DSP對信號進一步軟件處理;經過實驗驗證,該測試系統(tǒng)在5~300Hz的測量范圍內,測量誤差小于0.5%;因此,該測試系統(tǒng)具有較高的測量精度和可靠性,這為光纖渦輪流量計的樣機制作提供了重要依據。
0、引言：電磁式渦輪流量計在流體計量中應用十分廣泛，但由于它量程小，對于流量范圍變化大的場合，就需要幾個不同口徑的流量計進行切換配合測量。近年來，光纖傳感器以其靈敏度高，體積小，抗電磁干擾等優(yōu)點被廣泛應用于各種測量技術中。使用光纖檢測渦輪轉速的方法不存在電磁式渦輪流量計的電磁阻力矩對渦輪的影響，從而可以擴展流量測量范圍。這方面有一些研究但均未深人探析并將其應用于工程實際中。較有代表性的文獻[1一2]，文中均采用Y型光纖探頭結構檢測信號，但這種結構易受其他光波和光強等因素的影響;另外文獻[2」中的光纖流量測試系統(tǒng)，選用單片機作為信號處理器，其運算速度和精度都難以達到對流量快速準確檢測的要求。 因此，本文就光纖渦輪流量檢測系統(tǒng)進行了詳細的設計，針對各個模塊分析了其技術參數。光纖傳感器探頭結構采用雙圈同軸的型式，流量測量信號處理系統(tǒng)以DSP為核心，對硬件和軟件各模塊逐一分析設計，并通過實驗驗證了該系統(tǒng)的可靠性，為光纖渦輪流量計的樣機制作提供了一種重要依據。
1、光纖渦輪流量傳感器的結構：
光纖渦輪流量傳感器的簡要結構如圖1所示。雙圈同軸光纖探頭使用多模玻璃光纖，由一組發(fā)射光纖和兩組接收光纖組成，檢測端固定在一個鋁合金護套內可替代電磁式傳感器安裝在渦輪流量計上。其工作原理為:發(fā)射光纖將光人射到葉片端面上，液體在帶動渦輪葉片旋轉過程中，激光照射在渦輪表面的不同位置，而不同位置所對應與探頭之間的距離不同。顯然，對于圖1的安裝結構，葉片頂端與探頭的距離***小，則激光反射到雙圈同軸光纖探頭的接收光纖的光強也較其他位置強。那么，在葉片轉動過程中，葉片頂端會對光纖發(fā)射的激光產生周期性的反射，接收光纖接收到反射的光強信號，經光電轉換電路后放大濾波產生電脈沖信號。其頻率與渦輪的轉速成正比，研究表明，渦輪的旋轉角速度與液體流速成正比例關系，可以通過測量渦輪的轉速來反映經過管道的體積流量大小。信號經過進一步處理，結合液體的密度就可以得到被測液體的質量流量。
圖 ２光 纖 探 頭 光 纖束 排 列 方式
圖4雙圈同軸光纖傳感器的輸出特性曲
雙圈同軸式光纖渦輪流量計的智能化設計
