FBG传感器：流量监测的革新力量与未来挑战

传统流量传感器（如电磁式、涡轮式）在高温、高压、强电磁干扰等复杂环境中表现欠佳，且存在安装复杂、维护成本高等问题。例如，电磁流量计易受电磁干扰，涡轮流量计易堵塞。光纤布拉格光栅（FBG）传感器凭借其耐极端环境、抗电磁干扰、高精度等特性，成为油气井下、航天燃料管道等场景的理想选择，推动流量监测向智能化、高可靠性发展。

如何选择与使用FBG传感器

1、基于应变的传感器：

1）靶式：通过流体冲击靶片形变测量流量，适用于火箭燃料等高流速场景，但存在阻流问题。

图1. 基于应变的不同结构靶式流量传感器结构

图片来源：《基于FBG的流量传感研究进展》

2）压差式：利用节流装置压差推算流量，灵敏度高（可达155.3 pm/kPa），但含颗粒流体会干扰精度。

图2. 基于应变的不同结构压差式FBG流量传感器

图片来源：《基于FBG的流量传感研究进展》

3）涡轮式：结合传统涡轮与FBG，耐高温高压，但需避免杂质堵塞（通过优化螺旋角降低启动流量）。

图2. FBG涡轮流速/温度传感器剖视图

图片来源：《基于FBG的流量传感研究进展》

2、基于温度的传感器：

1）热式：通过热交换引起的温度差测量流量，适用于低流速，但需解决光加热功率衰减问题。

选择建议：根据流体性质（气/液、清洁度）、流速范围和环境条件（温度、压力）选择结构，并采用柔性封装（如环氧树脂）提升耐久性。

FBG传感器优势与挑战

1、优势：

• 极端环境适用（高温、高压、强电磁场）；

• 多参数复用（温度、压力、流量集成）；

• 高精度（靶式分辨率达0.01mm级）。

2、挑战：

• 接触式传感器易受流体侵蚀；

• 热式传感器加热效率低；

• 解调系统成本高，限制工程化应用。

FBG流量传感器在特殊环境监测中展现出不可替代的优势。随着新材料和智能算法的引入，未来有望在油气开采、航天燃料管理等领域实现更精准、高效的流量监测。