【摘 要】
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流量测量是现代测试计量技术的重要组成部分,流量传感器广泛应用于工业生产和生活的各个领域。传统的流量传感器普遍有体积大,结构复杂,准确度差和易受电磁干扰等缺点,利用光纤光栅和传统流量传感器结合,使用光信号替代电信号制作而成的新型光纤光栅流量传感器,则可以很大程度上克服传统流量传感器的缺点,因此基于光纤光栅的流量传感器已经受到科研人员越来越多的重视。本文在传统流量传感器的基础上,结合光纤光栅传感技术,
【基金项目】
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陕西省教育厅重点实验室科研计划项目“微纳光纤光栅制作及其折射率研究”（编号:17JS105）； 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目“基于光纤光栅流量传感研究”（编号:YCS19212065）； 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目“一种新型FBG热式液体流量传感器研究”（编号:YCS20212128）；
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流量测量是现代测试计量技术的重要组成部分,流量传感器广泛应用于工业生产和生活的各个领域。传统的流量传感器普遍有体积大,结构复杂,准确度差和易受电磁干扰等缺点,利用光纤光栅和传统流量传感器结合,使用光信号替代电信号制作而成的新型光纤光栅流量传感器,则可以很大程度上克服传统流量传感器的缺点,因此基于光纤光栅的流量传感器已经受到科研人员越来越多的重视。本文在传统流量传感器的基础上,结合光纤光栅传感技术,进行了基于光纤光栅的流量传感研究,主要内容包括传感器制作设计、仿真和传感测试实验等工作,大致内容如下:（1）利用有限元法对孔板式流量传感器、平衡流量传感器和热式流量传感器进行仿真模拟研究,比较三种流量传感器的压力损失大小。对多孔孔板的函数孔数量和厚度参数进行了仿真模拟,在对函数孔数量进行仿真后,从压力损失和整流效果等方面进行分析,确定了压力损失最小、整流效果最好的函数孔数量为12个。在多孔孔板的厚度仿真中,利用参数化设置大大减少了仿真的时间,确定了最佳厚度为4 mm。最后设计了两种基于光纤光栅的压差检测系统,详细介绍了两者的结构和工作方式。（2）推导了FBG热式气体流量传感器的原理,设计了一种可用于气体的光纤光栅热式流量传感器,并对其分别做了温度和流量传感测试实验,符合FBG温度传感原理和热式流量传感器的流量传感原理。经过实验测试,FBG气体流量传感器的平均温度灵敏度为13.24 pm/℃,流量响应曲线拟合度为0.99712,气体流量的测量范围可达到10.203Nm3/h。最后通过仿真模拟,得到所设计的FBG热式气体流量传感器的压力损失仅为3.12Pa。（3）设计了一种可用于低流量的液体热式流量传感器,扩大了FBG热式流量传感器的应用领域。传感器中填充的导热胶导热性良好,有助于传感器与外界进行热量交换。对传感器分别做了温度和流量传感测试实验,结果符合FBG温度传感原理和热式流量传感器的流量传感原理。根据实验数据得出,平均温度灵敏度为11.73 pm/℃。对量程讨论时,考虑到该传感器应用于低流量液体,在流量为0附近时会存在死区问题,因此传感器量程定为40.575～550.664 L/h。另外还可以根据实际情况选择合适加热功率的微型陶瓷加热片,增大传感器的量程,使传感器达到最优的量程范围和测量效果。最后通过仿真模拟,得到所设计的低流量FBG热式液体流量传感器的压力损失仅为22.24 Pa。
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