一种单光纤束流量传感器探头及其检测方法

本发明提供一种单光纤束流量传感器探头及其检测方法，传感器探头包括活塞缸和检测箱，活塞缸的两端分别由端盖封闭，活塞缸内滑动设置有活塞，活塞与两端的端盖之间均设置弹簧和活塞杆，两端的端盖上均开设有通孔，活塞杆的一端固定于活塞上，另一端密封滑动设置于通孔内，且其中一个通孔内的活塞杆的端部固定有反光部件，该反光部件对应置有光纤检测端，检测箱与活塞两侧的腔室分别通过一个流体通路相连通，流体通路和气源分别设置于流体在检测箱内部流通路径的相对两侧。以解决现有流量传感器探头多采用传统的动力测量方式，拥有测量精度不高、耗能大等局限，在很多场合不能很好地胜任的问题。本发明属于流量检测领域。

1.一种单光纤束流量传感器探头，其特征在于：包括活塞缸(1)和设置于活塞缸(1)一侧的检测箱(2)，活塞缸(1)的两端分别由端盖(3)封闭，活塞缸(1)内滑动设置有活塞(4)，活塞(4)与两端的端盖(3)之间均设置弹簧(5)和活塞杆(6)，弹簧(5)的一端固定于活塞(4)上，另一端固定于端盖(3)上，所述两端的端盖(3)上均开设有通孔(7)，活塞杆(6)的一端固定于活塞(4)上，另一端密封滑动设置于通孔(7)内，且其中一个通孔(7)内的活塞杆(6)的端部固定有反光部件(8)，该通孔(7)的另一端还设置有光纤检测端(9)，光纤检测端(9)的光纤束由入射光纤和出射光纤(91)集合铠装而成，光纤检测端(9)与该活塞杆(6)之间的通孔(7)的侧壁上还开设有与探头外部相连通的通气孔(71)；检测箱(2)上具有流体入口(21)和流体出口(22)以使流体流经检测箱(2)的内部，检测箱(2)与活塞缸(1)中活塞(4)两侧的腔室分别通过一个流体通路(23)相连通，还包括气源(24)，气源(24)的供气方向指向两个流体通路(23)的中间位置，且流体通路(23)和气源(24)分别设置于流体在检测箱(2)内部流通路径的相对两侧。
2.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器探头，其特征在于：活塞(4)两侧的弹簧(5)对称设置，且活塞(4)两侧的弹簧(5)的结构及规格均完全相同，活塞(4)位于两端端盖(3)的正中央位置时为初始位置，此时，活塞(4)两侧的弹簧(5)均处于自然状态。
3.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器探头，其特征在于：两个通孔(7)均开设在所在端盖(3)的正中心位置，两个通孔(7)、活塞(4)及两个活塞杆(6)均同轴设置，反光部件(8)与光纤检测端(9)垂直设置，活塞(4)与活塞缸(1)的内壁之间设置有活塞密封圈(41)。
4.根据权利要求1所述一种单光纤束流量传感器探头，其特征在于：所述光纤检测端(9)通过螺纹旋紧固定于通孔(7)内。
5.利用权利要求2所述传感器探头检测流体流量的方法，其特征在于，方法如下：若检测箱(2)内无被测流体流动，则活塞缸(1)中活塞(4)两侧腔室内的流体压力是相同的，活塞(4)保持初始位置不变，光纤检测端(9)检测到两腔室压差为零；若检测箱(2)内有被测流体流动，启动气源(24)吹气形成气流，则被测流体与气流在检测箱(2)内发生相互作用，使得被测流体和气流的初始动量发生改变，流体在检测箱(2)内发生偏移，以致进入活塞缸(1)的混合流体在活塞(4)的两侧形成压强差，活塞(4)在两个流体检测腔压差的作用下，向低压一侧滑移，并通过信号处理得出压差值，再建立动量压差数学模型，推算得出流体动量。
6.根据权利要求5所述检测流体流量的方法，其特征在于：所述动量压差数学模型如下：分析传动量与压差之间的关系，设气流的速度为V_s，被测流体的速度为V，其中V_s是由气源(24)发射出来的气流速度，为已知量，活塞两端压强差与两个流体的动量M_s/M有关，其中M为被测流体动量，M_s为气流动量，分别与与V²成正比；M＝kV²；k为常数；即：则：其中，k₁为已知量，从而在已知ΔP后即可求得V的值。
7.根据权利要求6所述检测流体流量的方法，其特征在于：气源(24)的喷气方向与检测箱(2)内流体的流通方向相垂直。