侯宏云

流量測量方法和儀表的種類繁多，原理也各不相同，有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等流量儀表等等［1，2］。但任何一種流量儀表都有它特定的適用性和局限性。目前較為流行的光纖流量計主要是采用渦旋對光波的調(diào)制實現(xiàn)流量的測量。這種光纖流量計中光特性調(diào)制往往容易受到各種擾動因素的干擾［3，4］，本文提出一種基于光點位移隨流速變化的方法進行流量測量，此法可以有效抑制光調(diào)制法中的擾動問題。

1 工作原理

光纖流量計結構原理如圖1所示。光纖上端固定，下端固定一質(zhì)量塊起緊固光纖的作用，質(zhì)量塊可以在固定的導槽內(nèi)沿流體流動方向擺動。

圖1 光纖流量計結構原理

流體靜止時，光纖穩(wěn)定在位置1，光電二極管接收光纖傳來的光信號，經(jīng)過光電轉換電路光信號轉換成電信號，信號放大電路將電信號放大，再經(jīng)過模數(shù)轉換電路將模擬電信號轉換成數(shù)字電信號，最后將數(shù)字電信號輸入單片機進行處理，最終顯示相應的流量值為0。當管道中流體流動時，光纖由于受流體沖擊而發(fā)生位移，其位移量的大小與流速有關。最終，通過光電管陣列、信號調(diào)理電路和單片機系統(tǒng)即可測出流量值。

2 電路系統(tǒng)設計

（1）光電轉換電路。光電轉換電路如圖2所示，LM393為電壓比較器，其2腳為基準電壓，可通過調(diào)節(jié)電阻R2來調(diào)節(jié)其大小。有光時，二極管導通，3腳電壓高與2引腳電壓，輸出腳1為高電平；無光時二極管截止，3腳電壓低于2腳電壓，輸出腳1為低電平。

圖2 光電轉換電路

LM393可以有兩組電壓比較，本設計采用4個LM393來實現(xiàn)8個光電二極管的信號轉換。

（2）單片機電路。本設計的選用AT89C51芯片來實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算與顯示，具體電路圖如圖3所示。包括單片機最小系統(tǒng)（AT89C51、時鐘部分、復位電路）、輸入控制、輸出數(shù)碼管顯示等部分。

圖3 單片機電路

3 軟件設計

使用C語言編程時，首先編寫好Tab字庫。主程序運行過程中需要顯示數(shù)值時就通過查表方式來進行，指定某個段碼就可以顯示對應的數(shù)值?？紤]到信號輸入的不穩(wěn)定（流量存在瞬間的不穩(wěn)定，從而光纖可能在幾個光電二極管間來回移動，需等到穩(wěn)定在某個光電二極管后再顯示），在程序中加入延時程序，保證信號穩(wěn)定后再顯示數(shù)字。程序流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

4 結束語

在Proteus ISIS編輯窗口中繪制好原理圖，在單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)Keil uVision的文本編輯窗口輸入C語言程序，編譯生成HEX文件，再在Proteus ISIS中添加生成的 HEX文件，最后運行。從運行結果看，本設計能夠正常顯示流量值。

［1］ 孫延祚.流量測量領域中的新技術［J］.中國儀器儀表，1996，（6）：7－8.

［2］ 孫淮清.流量儀表技術發(fā)展與趨勢［J］.自動化與儀器儀表，2009，（1）：1－4，28.

［3］ 姚 駿，付敬奇，張承燕，董新平.光纖流量傳感器的進展［J］.傳感器技術，2002，21（3）：1－4.

［4］ 周曉軍，劉文達.光纖流量計的穩(wěn)定性分析［J］.電子科技大學學報，1994，23（1）：62－65.