0 引言
光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而形成的一门崭新的传感技术，是许多经济、军事强国争相研究的高新技术，它可广泛应用于国民经济的各个领域和国防军事领域。在航天（飞机及航天器各部位压力测量、温度测量、陀螺等）、航海（声纳等）、石油开采（液面高度、流量测量、二相流中空隙度的测量）、电力传输（高压输电网的电流测量、电压测量）、核工业（放射剂量测量、原子能发电站泄漏剂量监测）、医疗（血液流速测量、血压及心音测量）、科学研究（地球自转，敏感蒙皮）等众多领域都得到了广泛的应用。光纤传感器的传感灵敏度要比传统传感器高许多倍，具有高灵敏度、耐腐蚀、抗干扰、体积小等优点，可以检测温度、压力、角位移、电压、电流、声音和磁场等多种物理量。
1 燃气流量计光纤传感器结构及工作原理
按照光纤在传感器中的作用，通常把光纤传感器系统分为功能型和非功能型。在功能型光纤传感器中，光纤不仅起到传光作用，而且又是敏感元件，即光纤本身同时具有“传”与“感”两种功能。功能型光纤传感器是利用光纤本身中的传输特性受被测量的作用而发生变化，使光纤中的波导光的属性（光强、相位、偏振态、波长等）被调制这一特点，而构成的一类传感器。因而其中又分为光强调制型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型等。
燃气流量计光纤传感器的结构
（1）燃气流量计光纤传感器的结构如图1所示。
（2）燃气流量计光纤传感器的工作原理
燃气流量计光纤传感器的工作原理框图如图2所示。
在两个固定支架间拉直的光导纤维段是传感器的敏感元件，在该光导纤维段上对应叶轮位置处固定一小尺寸磁铁。光导纤维段起到单波长多模干涉仪敏感元件的作用，在光导管的出口端形成干涉条纹[3]。轴向叶轮由铁磁性材料制造，固定在非磁性材料制成的测量管道上。在管道中燃气流动的作用下，由于叶轮的旋转导致固定在光导纤维段上的磁铁产生振动，使得光导纤维段做周期振动。支架间的光导纤维段的周期振动引起干涉条纹的周期变化。在光纤出口端单波长多模干涉仪上干涉条纹的变化频率和流体速度呈线性关系：
因此，流经管道流体的瞬时体积流量为：
式中：k为叶轮叶片数；ν为流体速度；d为叶轮外径。
2 实验结果
对流经内径为80mm的测量管道的常态天然气流体流速进行测量。该流量计中的轴向叶轮含4个外径为75mm的叶片，均由铁磁性不锈钢制成，叶片相对叶轮轴向倾角为45o。光源为氦氖激光器，波长为0.163μm，功率10μW。通过光学系统，相干光在纤芯直径200μm、外包层0.18mm、数值孔径0.15的梯度型多模光纤导管中传输。固定在两支架间的敏感光导管段长度为90mm，磁铁质量为215g。实验数据如表1所示。
3 结论
与传统的流量传感器相比，光纤流量传感器具有一系列的优点：（1）抗电磁干扰、电绝缘、本质安全。由于光纤流量传感器是利用光波来传输流量信息，而光纤又是电绝缘的传输媒质，因而不受强电磁干扰，也不影响外界的电磁场。此外，光纤中传输的微弱光信号不会产生电火花，安全可靠；（2）灵敏度高。基于干涉技术的光纤流量传感器具有极高的灵敏度。因此，在燃气流量计量中应用先进的光纤传感技术，不但能有效的解决现场使用中的燃气流量计的防被测气体腐蚀、防爆等安全问题，而且也能提高测量仪表的灵敏度和准确度，进而增加燃气流量计的测量范围。
