基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计研究

摘要

镀膜光纤布拉格光栅热式气体流量计主要是基于光纤布拉格光栅的温度传感特性,通过特殊的错位耦合工艺,利用金属膜对激光能量的吸收与气体流动带走热量之间的热平衡关系,实现大管径(主要为50mm)、低流速流量测量的一种新型气体流量计。
　　本文首先回顾了光纤光栅的发展应用及热式气体流量测量技术的研究现状,介绍了多种光纤传感技术与流量测量技术相结合的新型流量仪表;然后研究了基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计的流量传感机理,进行数学模型推导;设计了传感探头的封装结构,开展基于Fluent的模拟计算优选封装结构;对已完成制备的多根不同传感探头进行特性实验,选取最优传感探头进行封装,加工制备了该流量计的一次仪表;随后对其在工作状态时的温度场变化情况开展了仿真研究,获得了探头周围温度场变化云图以及流量从小到大变化时传感探头迎流面温度的变化曲线;搭建了气体流量测量检测光路,采用以太网通讯进行波长信号采集,使用VB6.0编程实现了瞬时流量的实时显示,完成了该流量计的整体设计与样机开发。
　　对研制完成的样机在钟罩式气体流量标准装置上开展了一系列流量标定与测量实验,分析得到了该流量计的可测流量范围为0~10m3/h与最小分辨率0.01m/s。该镀膜光纤布拉格光栅热式气体流量计流量测量特性表现良好,值得进一步开发、推广。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

1 绪论

1.1 光纤传感技术

1.2 流量测量技术

1.3 本论文课题背景意义与主要研究内容

2 基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计原理

2.1 引言

2.2 镀膜光纤布拉格光栅热式气体流量测量数学模型

2.3 本章小结

3 基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计设计

3.1 引言

3.2 镀膜光纤布拉格光栅传感探头结构与封装设计

3.3 波长信号采集与显示系统设计

3.4 本章小结

4 基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计仿真分析

4.1 引言

4.2 传感探头封装结构速度场数值模拟

4.3 流量计工作温度场数值模拟

4.4 本章小结

5 基于镀膜光纤布拉格光栅的热式气体流量计实验研究

5.1 引言

5.2 流量计流量测量实验研究

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简介