Устройство, выполненное с возможностью детектирования физической величины движущейся текучей среды, и соответственный способ

Устройство, выполненное с возможностью детектирования физической величины движущейся текучей среды, и соответственный способ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству, выполненному с возможностью детектирования физической величины, например плотности текучей среды, например, газа, жидкости или смеси жидкость/газ.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В международной патентной заявке No. PCT/NL 2007/050665 раскрыты инновационное устройство, содержащее канал текучей среды и расходомер, и способ измерения расхода текучей среды. Известный расходомер содержит вихреобразующий элемент, продолжающийся в канале, при этом вихреобразующий элемент выполнен с возможностью образования вихрей Кармана в текучей среде, движущейся по каналу во время работы. Вихреобразующий элемент снабжен волоконной брэгговской решеткой (FBG) датчика на основе волоконной брэгговской решетки. Во время работы частота вихрей Кармана, характеризующая вихри, образованные вихреобразующим элементом, может быть детектирована, используя сигнал от датчика на основе волоконной брэгговской решетки, относящегося к соответствующей волоконной брэгговской решетке данного вихреобразующего элемента. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления известный расходомер выполнен с возможностью детектирования температуры, в частности, также посредством использования волоконной брэгговской решетки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предоставлены устройство и способ, при применении которых одна или несколько величин, относящихся к текучей среде, могут быть точно детектированы посредством использования сравнительно недорогих, компактных и долговечных средств без датчика, требующего внешнего источника электропитания (или средств передачи электрического сигнала).

Для этого в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения устройство охарактеризовано тем, что оно включает в себя:

- тело датчика, выполненное с возможностью простираться в движущуюся текучую среду (во время работы), при этом тело датчика содержит волоконную брэгговскую решетку датчика на основе волоконной брэгговской решетки, предназначенную для генерирования сигнала детектора, зависящего от колебания, по меньшей мере, части тела датчика; и

- блок обработки, выполненный с возможностью обработки сигнала детектора и определения физической величины на основе детектированного колебания при частоте собственных механических колебаний гибкой части тела датчика.

Более точно, изобретение может быть определено посредством признаков пункта 1 формулы изобретения.

Настоящее изобретение базируется на идее, заключающейся в том, что вышеупомянутый расходомер также может быть использован для измерения плотности движущейся текучей среды или другой величины, относящейся к текучей среде, такой как ее масса или удельный массовый расход. В частности, было установлено, что движущаяся текучая среда может вызвать собственные механические колебания части датчика на одной или нескольких соответствующих частотах собственных механических колебаний (см. фиг. 9 данной заявки на патент). Волоконная брэгговская решетка расходомера обеспечивает получение недорогого, точного и надежного средства для детектирования таких колебаний. Тело датчика предпочтительно содержит волоконную брэгговскую решетку, составляющую одно целое с ним.

Фиг. 9 представляет доказательство одновременного возникновения колебаний, вызванных вихрями Кармана, и собственных колебаний части тела датчика. Полагают, что механические колебания на частоте собственных колебаний возникают просто вследствие турбулентных пульсаций, присутствующих в потоке естественным образом, а не обязательно вследствие вихреобразования.

Как правило, во время работы блок обработки будет расположен отдельно от тела датчика. Одно или несколько оптических средств связи, например одно или несколько волокон, могут быть использованы для передачи сигнала (оптического) детектора между телом датчика и блоком обработки. Таким образом, получающееся в результате устройство очень хорошо приспособлено для использования в случаях применения в скважинах, поскольку компонент датчика не требует ни электрической энергии, ни передачи электрических сигналов (например, к возможному устройству обработки, расположенному на некотором расстоянии в подходящем месте).

В частности, блок обработки выполнен с возможностью детектирования упомянутой частоты собственных механических колебаний (используя упомянутый сигнал детектора). Следует отметить, что детектирование конкретной частоты из сигнала датчика как такового, например пика частоты (который связан с частотой собственных колебаний) в спектре сигнала, представляет собой общеизвестные сведения для специалиста в области обработки сигналов датчиков.

Детектирование упомянутой частоты собственных механических колебаний может быть обеспечено разными способами. Блок обработки может быть выполнен с возможностью обработки сигнала детектора для получения частотного спектра сигнала. Общеизвестно, что это может быть осуществлено посредством выполнения спектрального анализа сигнала времени, полученного от детектора. Это может включать спектральный анализ Фурье, но не ограничено им. Получающийся в результате спектр будет содержать пик частоты, который соответствует частоте собственных колебаний. На основную частоту, при которой имеет место данный пик, влияет плотность окружающей текучей среды, которая вызывает сдвиг данной частоты от базового значения, которое имело бы место в вакууме (исходная частота собственных колебаний). Общеизвестно, что данная основная частота может быть получена из экспериментов или теории. Зная данную основную частоту, можно определить плотность окружающей среды посредством измерения частоты, при которой имеет место смещенный пик.

Из этого следует, что в дополнительном варианте осуществления нижеприведенная формула используется блоком обработки для определения упомянутой физической величины, относящейся к текучей среде:

f=f₀(1+CK·rho)^-1/2,

где f - детектированная (основная) частота (Гц) собственных колебаний части тела датчика в текучей среде, f₀ - начальная частота (Гц) собственных колебаний данной части в вакууме, rho - плотность текучей среды (кг/м³) и CK - постоянная (м³/кг), связанная с размерами и массой данной части.

Наиболее предпочтительно то, что настоящее изобретение объединено с функциональной возможностью измерения расхода. Было установлено, что одно и то же устройство может быть использовано для одновременного детектирования расхода текучей среды, в частности, посредством детектирования частоты вихреобразования, и плотности (или массы) текучей среды посредством детектирования одной или нескольких частот собственных механических колебаний (при этом частота собственных колебаний или частоты собственных колебаний являются отдельными от частоты вихреобразования во время работы).

В частности, как следует из фиг. 9 (см. ниже), колебания, которые связаны с упомянутой частотой собственных колебаний, происходят при более высоком значении частоты по сравнению со значением частоты вихреобразования и, следовательно, могут быть детектированы простым образом посредством блока обработки.

В предпочтительном варианте осуществления тело датчика представляет собой вихреобразующий элемент, который выполнен с возможностью образования вихрей Кармана в текучей среде во время работы. В этом случае очень компактная конфигурация может быть получена, когда частота вихрей Кармана, создаваемых вихреобразующим элементом, может быть детектирована, используя сигнал датчика на основе волоконной брэгговской решетки, при этом сигнал относится к соответственной встроенной волоконно-оптической решетке вихреобразующего элемента. Кроме того, тело датчика предпочтительно может иметь гибкую часть, которая содержит образующую одно целое с ней, по меньшей мере, частично изогнутую часть волокна, простирающуюся, по меньшей мере, частично вдоль криволинейной траектории и содержащую волоконную брэгговскую решетку. В этом случае первый участок части волокна может быть расположен на некотором расстоянии от жесткой части тела датчика (удерживающей гибкую часть), например, по существу в ортогональном направлении относительно пути потока текучей среды. Второй участок части волокна может быть расположен рядом с жесткой частью, при этом он будет простираться, например, по существу параллельно по отношению к пути потока текучей среды. Второй участок части волокна может содержать волоконную брэгговскую решетку для детектирования колебаний с собственной частотой.

Кроме того, предоставлен способ детектирования физической величины движущейся текучей среды, например плотности текучей среды, например, посредством использования устройства в соответствии с изобретением, в котором текучая среда вызывает колебание гибкой части тела датчика с частотой собственных колебаний, детектирования частоты собственных колебаний и обработки детектированной частоты собственных колебаний для измерения физической величины. Например, но необязательно, колебание с частотой собственных колебаний, вызванное потоком текучей среды, может являться механическим колебанием с собственной частотой колебаний первой моды.

Например, в способе согласно изобретению текучая среда вызывает колебание гибкой части тела датчика с (относительно низкой) первой частотой, при этом детектируют частоту собственных колебаний данной (колеблющейся) части, при этом частота собственных колебаний - это частота, отдельная от первой частоты, при этом детектированную частоту собственных колебаний подвергают обработке для определения физической величины.

Например, было установлено, что применение относительно тонкой (пластинчатой) упругой части датчика может обеспечить низкочастотные колебания собственной моды этой части одновременно с, но отдельно от первой частоты (вихрей Кармана) этой части.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из неограничивающих вариантов осуществления и будут разъяснены со ссылкой на неограничивающие варианты осуществления, описанные в дальнейшем и показанные на чертежах.

Фиг. 1 показывает продольное сечение одного варианта осуществления изобретения;

фиг. 2 показывает сечение по линии II-II на фиг. 1;

фиг. 3 показывает продольное схематичное сечение по линии III-III на фиг. 1;

фиг. 4 представляет собой вид в перспективе вихреобразующего элемента варианта осуществления по фиг. 1;

фиг. 5 представляет собой продольное сечение вихреобразующего элемента, показанного на фиг. 4;

фиг. 6 представляет собой вид спереди вихреобразующего элемента по фиг. 4;

фиг. 7 представляет собой сечение по линии VII-VII на фиг. 6;

фиг. 8 показывает график зависимости измеренной частоты вихреобразования от скорости потока в примере; и

фиг. 9 показывает график результата измерений, включая детектированное собственное колебание первой моды части варианта осуществления по фиг. 1-7.

Аналогичные или соответствующие элементы обозначены аналогичными или соответствующими ссылочными позициями в настоящей заявке.

Фиг. 1-7 показывают неограничивающий вариант осуществления узла, содержащего канал С для текучей среды и расходомер 1.

Канал С для текучей среды (например, магистраль для текучей среды, труба, трубопровод) может быть выполнен с возможностью пропускания текучей среды, например газа, газовой смеси, жидкости, жидкой смеси, воды, пара. В конкретном варианте осуществления канал С может быть предназначен для нагнетания текучей среды в нефтяное или газовое месторождение, однако специалисту будет понятно, что канал С может быть использован во многих других применениях. В данном варианте осуществления канал С имеет по существу круглое поперечное сечение, имеющее диаметр (ширину) W. Канал также может иметь другие конфигурации, например, имеющие прямоугольное или квадратное поперечное сечение или другое поперечное сечение, как будет понятно специалисту.

Расходомер 1 выполнен с возможностью измерения расхода текучей среды, движущейся по каналу С во время работы. Для этого расходомер 1 содержит, по меньшей мере, один вихреобразующий элемент 2 (только один показан на данных чертежах), продолжающийся в канале С. В дополнительном варианте осуществления узел имеет множество разнесенных вихреобразующих элементов 2 для детектирования расходов в разных местах в канале С. В этом случае профили расходов могут быть детектированы посредством расходомера 1, например, для определения или оценки количеств текучей среды, которые нагнетаются в определенных частях (слоях) нефтяного или газового месторождения.

Как будет описано ниже, было установлено, что расходомер 1 предпочтительно также может быть использован для детектирования физической величины, например плотности, движущейся текучей среды, проходящей по каналу С. Для этого детектируют частоты (f_n) собственных механических колебаний части вихреобразующего элемента.

Каждый вихреобразующий элемент 2 выполнен с возможностью образования вихрей V Кармана в текучей среде, проходящей по каналу С во время работы (см. фиг. 3). Направление потока текучей среды показано на фиг. 3 стрелкой Y. В частности, каждый вихреобразующий элемент 2 содержит плохо обтекаемое тело 2, имеющее два края t для отрыва вихрей, предпочтительно представляющие собой по существу параллельные острые боковые края. Плохо обтекаемое тело 2 может быть расположено так, что данные края t будут расположены выше по потоку по отношению к остальной части плохо обтекаемого тела (как на фиг. 3) или в альтернативном варианте ниже по потоку (например, в том случае, когда направление потока, показанное на фиг. 3, будет изменено на противоположное). В данном варианте осуществления плохо обтекаемое тело 2 жестко прикреплено к стенке 11 канала.

В частности, в основе работы расходомера 1 лежит принцип образования вихрей в зоне препятствия (плохо обтекаемого тела 2), размещенного в движущейся текучей среде (см. фиг. 3). Граничный слой может нарастать с обеих сторон плохо обтекаемого тела 2 вследствие вязкости и может отделяться в точках отрыва, образуемых краями t. Во время работы вихри V могут отделяться попеременно с обеих сторон тела 2 с частотой f_K вихреобразования. Как известно из предшествующего уровня техники, частота f_K вихреобразования пропорциональна скорости U потока в соответствии со следующим уравнением 1:

f_K=St(U/D_b) (1),

где St - безразмерное число Струхаля, U - скорость потока (м/с) и D_b - диаметр/ширина (м) плохо обтекаемого тела. Как широко известно, число St Струхаля является характеристическим для определенной формы плохо обтекаемого тел и является постоянным в относительно большом диапазоне чисел Рейнольдса, так что зависимость между скоростью потока (м/с) и частотой вихреобразования является линейной в большом диапазоне значений расхода/скорости потока. Например, данный вариант осуществления может быть использован в том случае, когда скорости потока находятся в диапазоне от 0,5 до 5 м/с (при изменении значений 1:10), и, например, может иметь рабочие температуры в интервале от 20 до 350 градусов Цельсия при различных рабочих давлениях. Расходомер 1 также может быть выполнен с возможностью использования за пределами этих диапазонов скоростей и температур, как будет понятно специалисту. Граничный слой можно регулировать посредством выбора тела 2 вихреобразующего элемента, на котором точки отрыва определены точно посредством образования острых краев t на теле 2.

Плохо обтекаемое тело 2 может быть изготовлено из различных материалов. Плохо обтекаемое тело 2 может быть изготовлено, например, из жесткого коррозионно-стойкого материала, в частности соответствующего металла, сплава, стали или жесткого пластика, армированного пластика, например нержавеющей стали или алюминия (нержавеющая сталь предпочтительна для скважинных применений по соображениям, связанным с долговечностью) и/или других пригодных материалов.

Фиг. 4-7 показывают предпочтительный вариант осуществления конфигурации плохо обтекаемого тела/вихреобразующего элемента более подробно. Для получения линейной зависимости между скоростью потока и вихреобразованием вихреобразующий элемент 2 по данному варианту осуществления обеспечивает четко определенные линии (края) t отрыва и имеет по существу Т-образное сечение. Для этого вихреобразующий элемент 2 был снабжен, в частности, первой частью 2А (то есть верхней частью Т Т-образной формы) и второй частью 2В (то есть центральной линией Т Т-образной формы), при этом первая часть имеет два края t отрыва, а вторая часть представляет собой элемент 2В для разделения текучей среды.

Как первая, так и вторая части 2А, 2В вихреобразующего элемента могут иметь различные конфигурации. Первая и вторая части 2А, 2В вихреобразующего элемента предпочтительно выполнены из одного и того же материала, однако это не является обязательным.

Первая часть 2А вихреобразующего элемента предпочтительно является жесткой, предпочтительно по существу сплошной частью 2А, которая жестко прикреплена (то есть по существу неподвижна во время работы) к стенке 11 канала С. Первая часть 2А вихреобразующего элемента имеет переднюю поверхность, простирающуюся по существу в поперечном направлении относительно продольного направления канала (то есть направления Y потока текучей среды, проходящей по каналу С во время использования), при этом боковые стороны передней поверхности представляют собой линии t отрыва вихрей на вихреобразующем элементе 2.

В настоящем варианте осуществления длина L1 первой части 2А вихреобразующего тела по существу или почти равна диаметру/ширине Х1 проточного канала (см. фиг. 1), так что стенки канала С служат в качестве концевых пластин для краев t для отрыва потока (то есть противоположные концы каждого края t для отрыва потока расположены на соответственных частях стенки или близко к соответственным частям стенки 11 канала). Таким образом, первая часть 2А плохо обтекаемого тела 2 простирается от первой части 11а внутренней стенки канала С до противоположного второй части 11b внутренней стенки канала С, как на фиг. 1-2, и предпочтительно по центру канала С. В данном случае, например, между концом плохо обтекаемого тела 2 и стенкой канала, тем не менее, может простираться узкая щель, например, щель Н, имеющая ширину, составляющую около 1 мм или менее, как было показано на фиг. 5.

В другом варианте осуществления ширина каждой щели Н может быть больше 1 мм, например больше 1 см.

Например, в конфигурации для длительного использования первая часть 2А вихреобразующего тела может быть прочно прикреплена на одном конце (или в альтернативном варианте на обоих концах) к части стенки (или к участкам стенок) канала, например, посредством зажима, адгезива, сварки, соответствующих соединений, болтового соединения с возможностью отсоединения, посредством комбинации данных способов и/или другим способом. В данном варианте осуществления один конец первой части 2А вихреобразующего элемента прикреплен к монтажной конструкции 9, которая была прочно присоединена к первой части стенки канала. Например, монтажная конструкция может включать в себя первую монтажную деталь 9а, предназначенную для удерживания плохо обтекаемого тела 2, вторую монтажную деталь 9b, которая прикреплена к первой детали 9а посредством трех первых болтов 13а, расположенных на определенном расстоянии друг от друга с образованием треугольной конфигурации, и третью монтажную деталь 9с, которая соединяет монтажную вторую деталь 9b со стенкой 11 канала. Кроме того, стенка 11 канала может иметь отверстие 12 для ввода плохо обтекаемого тела 2, удерживаемого посредством первой монтажной детали 9а, в канал С. Монтажная конструкция 9 может быть выполнена с возможностью создания герметичного по отношению к текучей среде закрытия отверстия 12 после монтажа.

В другом варианте осуществления длина L1 соответствующей части 2А плохо обтекаемого тела может быть значительно меньше диаметра/ширины Х1 проточного канала. Если требуется, плохо обтекаемое тело 2 может содержать одну или несколько концевых пластин, простирающихся в поперечном направлении относительно краев t для отрыва вихрей и предназначенных для регулирования граничного слоя на плохо обтекаемом теле 2.

В дополнительном варианте осуществления (см. фиг. 3) расстояние D_b между двумя краями (линиями) t для отрыва вихрей, измеренное в поперечном направлении относительно продольного направления канала, больше одной десятой части ширины Х2 канала С для текучей среды, измеренной в том же направлении, например составляет около одной четвертой ширины канала С для текучей среды, при этом упомянутое расстояние D_b между двумя краями t для отрыва вихрей предпочтительно меньше половины ширины Х2 канала С. Поскольку в данном варианте осуществления канал С имеет круглое поперечное сечение, упомянутая последней ширина Х2 канала равна вышеупомянутой ширине канала, которая показана на фиг.1 стрелкой Х1.

Продольное сечение первой части 2А вихреобразующего элемента предпочтительно является по существу треугольным (как на фиг. 3, 7), или имеет форму усеченного треугольника, или может иметь другую форму.

Вторая часть 2В вихреобразующего элемента предпочтительно имеет панелеобразную, полосообразную или листообразную конфигурацию, при этом она имеет по существу прямоугольную форму (такую, как в данном варианте осуществления). Например, вторая часть 2В вихреобразующего элемента может быть выполнена с такими размерами в трех ортогональных направлениях, что размер в одном ортогональном направлении (толщина k) будет значительно меньше (например, по меньшей мере, в 50 раз), чем каждый из размеров во втором и третьем ортогональных направлениях (длина L2 и ширина G).

Кроме того, вторая часть 2В вихреобразующего элемента предпочтительно простирается по существу в продольном направлении канала и имеет две поверхности, воспринимающие давление текучей среды и обращенные в сторону друг от друга, которые выполнены с возможностью попеременного восприятия вызываемых вихрями изменений давления во время работы (см. фиг.3), и при этом данные изменения давления вызывают деформирование данных поверхностей. В частности, в настоящем варианте осуществления изменения давления вызывают колебание и/или деформирование второй части 2В вихреобразующего элемента в направлении, которое перпендикулярно направлению Y потока (другими словами: вызываемые вихрями деформация и/или колебания части 2В вихреобразующего элемента будут происходить главным образом в поперечных направлениях данной части 2В и показаны двойной стрелкой q на фиг. 3, то есть колебание и/или деформация происходят в направлении, которое по существу перпендикулярно принимающим давление поверхностям данной части 2В вихреобразующего элемента), при этом данные деформация и/или колебания приводят к поверхностной деформации во второй части 2В вихреобразующего элемента.

В данном варианте осуществления вторая часть 2В вихреобразующего элемента простирается по центру относительно первой части 2А вихреобразующего элемента, перпендикулярно по отношению к поверхности плохо обтекаемого тела, имеющей два края t для отрыва, и предпочтительно по центру канала С после установки. Например, наружные контуры плохо обтекаемого тела, включающего в себя первую и вторую части 2А, 2В, могут быть по существу зеркально симметричными относительно продольной центральной зеркальной плоскости симметрии, как в данном варианте осуществления.

В данном варианте осуществления одна поперечная сторона (нижняя сторона данной части на фиг. 5) второй части 2В вихреобразующего элемента простирается вровень с соответственной стороной первой части 2А вихреобразующего элемента (см. фиг. 5). Однако другая поперечная сторона второй части 2В вихреобразующего элемента расположена на расстоянии от монтажной конструкции 9 (см. фиг. 5), при этом расстояние между ними показано стрелкой Н на фиг. 5.

Вторая часть 2В вихреобразующего элемента представляет собой часть 2В, воспринимающую изменения давления, или деформирующуюся часть, которая выполнена с возможностью восприятия изменений давления, вызванных вихрями, во время работы. В частности, вихри Кармана могут вызвать колебания напряжений во второй части 2В вихреобразующего элемента (что показано стрелкой q на фиг. 3) и, более точно, на участках ее поверхности (то есть вызываемые вихрями изменения давления во время работы приводят к поверхностной деформации во второй части 2В вихреобразующего элемента). Например, вторая часть 2В вихреобразующего элемента может быть в незначительной степени, упругодеформируемой во время работы, так что данная часть 2В вихреобразующего элемента выполняет малые колебания q во время работы вследствие восприятия изменений давления, обусловленных вихрями, при этом малые колебания q приводят к изменяющемуся деформированию двух боковых (воспринимающих давление) поверхностей второй части 2В вихреобразующего элемента. Было установлено, что данные изменения деформаций являются относительно большими в особенности в зоне, которая примыкает к первой части 2А вихреобразующего элемента (то есть в зоне соединения с первой частью 2А вихреобразующего элемента).

В дополнительном варианте осуществления вторая часть 2В вихреобразующего элемента 2 имеет две поперечные стороны, которые расположены на определенном расстоянии от противоположных частей, ограничивающих продольный поток (к которым относится часть стенки канала для одной поперечной стороны вихреобразующего элемента и часть монтажной конструкции для другой поперечной стороны вихреобразующего элемента в данном варианте осуществления). Например, на фиг. 1 расстояние Z между (на чертеже) нижней поперечной стороной прямоугольной части 2В вихреобразующего элемента и стенкой 11 канала предпочтительно находится в пределах от около 0,1 до 10 мм, в частности составляет около 1-2 мм, и ширина Н щели между (на фиг. 1) верхней поперечной стороной прямоугольной части 2В вихреобразующего элемента и поверхностью первой монтажной детали 9а также предпочтительно находится в пределах от около 0,1 до 10 мм, в частности составляет около 1-2 мм.

В другом варианте осуществления ширина щели Н между верхней поперечной стороной прямоугольной части 2В вихреобразующего элемента и поверхностью первой монтажной детали 9а может быть больше 10 мм.

Следовательно, поперечные стороны второй части 2В вихреобразующего элемента не контактируют с противоположными ограничивающими поток поверхностями, так что вызываемые вихрями изменения давления могут привести к изменениям поверхностной деформаций во второй части 2В вихреобразующего элемента и/или к колебаниям второй части 2В вихреобразующего элемента. В частности, вызываемые вихрями изменения, давления могут вызвать колебание и/или деформацию вихреобразующего элемента, при этом колебания и/или деформация вихреобразующего элемента могут вызвать поверхностную деформацию.

В соответствии с одним вариантом осуществления длина L2 второй части 2В вихреобразующего элемента (измеренная в направлении, параллельном по отношению к линиям t отрыва) может быть немного меньше длины L1 первой части 2А вихреобразующего элемента, при этом разность длин находится, например, в пределах от около 0,1 до 20 мм, в частности в пределах от около 1 до 2 мм (см. фиг. 5).

Длина L2 второй части 2В вихреобразующего элемента может быть больше ширины G наружного участка (хвостового участка) данной части 2В, при этом ширину G измеряют в продольном направлении канала (см. фиг. 5; в данном случае ширина G второй части 2В вихреобразующего элемента представляет собой ширину того участка данной части, который простирается снаружи от первой части вихреобразующего элемента и служит в качестве части вихреобразующего элемента, воспринимающей изменения давления текучей среды). Например, длина L2 второй части 2В может находиться в интервале значений, около в 1,5-2 раза превышающих упомянутую ширину G данной части 2В. Было установлено, что хорошие результаты могут быть получены в том случае, когда длина L2 находится в интервале значений, в 1,7-1,9 раза превышающих ширину G, в частности длина L2 равна ширине G, умноженной на 1,8.

В другом варианте осуществления длина L2 второй части 2В вихреобразующего элемента может быть такой же, как ширина G, или может быть меньше ширины G наружного участка (хвостового участка) данной части 2В, при этом ширину G измеряют в продольном направлении канала. В данном случае длина L2 второй части 2В может находиться, например, в интервале значений, составляющих около 0,5-1 от упомянутой ширины G данной части 2В.

Кроме того, было установлено, что хорошие результаты могут быть получены в том случае, когда толщина k второй части 2В вихреобразующего элемента (измеренная в ее поперечном направлении) меньше около 10 мм, предпочтительно меньше около 5 мм (см. фиг. 7).

Первая и вторая части 2А, 2В вихреобразующего элемента могут быть присоединены друг к другу разными способами. Например, первая и вторая части вихреобразующего элемента могут быть выполнены как одно целое. Кроме того, первая и вторая части 2А, 2В вихреобразующего элемента могут быть соединены друг с другом посредством адгезива, сварки, болтового соединения (посредством болтов 6, как в варианте осуществления по фиг. 1-7), зажима, фиксации за счет силового замыкания, фиксации за счет геометрического замыкания, комбинации данных способов и/или другим способом. В данном варианте осуществления вторая часть 2В вихреобразующего элемента содержит внутренний участок, который продолжается в первой части 2А вихреобразующего элемента для удерживания в ней, и вышеописанный наружный участок (имеющий упомянутую ширину G), который продолжается снаружи первой части 2А вихреобразующего элемента для восприятия изменений давления, вызываемых вихрями. Предпочтительно, как следует из чертежа, упомянутый наружный (хвостовой) участок второй части 2В вихреобразующего элемента является по существу сплошным, образуя по существу сплошные (непрерывные) поверхности, воспринимающие давление.

Первая и вторая части 2А, 2В вихреобразующего элемента предпочтительно выполнены так, что относительно изменений давления, вызываемых вихрями, могут вызвать относительно большие изменения деформации в определенной зоне вихреобразующего элемента (например, наружном участке второй части 2В вихреобразующего элемента, которая примыкает к первой части 2А вихреобразующего элемента).

Кроме того, каждый вихреобразующий элемент 2 снабжен первой волоконной брэгговской решеткой FBG датчика 3, 7, FBG на основе волоконной брэгговской решетки. Во время работы частота f_K вихрей Кармана, характеризующая вихри V, образованные вихреобразующим элементом 2, может быть детектирована посредством использования сигнала датчика на основе волоконной брэгговской решетки, при этом данный сигнал генерируется соответствующей первой волоконной брэгговской решеткой FBG данного вихреобразующего элемента 2. Первая волоконная брэгговская решетка FBG предпочтительно прикреплена к той части вихреобразующего элемента 2, которая подвергается сравнительно большим изменениям поверхностной деформации вследствие колебаний/деформации, вызываемых изменениями давления, которые обусловлены вихрями, во время работы, и выполнена с возможностью детектирования этих изменений деформации.

Кроме того, в дополнительном варианте осуществления волоконная брэгговская решетка FBG соответствующего вихреобразующего элемента 2 выполнена с возможностью восприятия упомянутых изменений давления, в частности через вызываемые изменениями давления изменения деформации части 2В вихреобразующего элемента 2, воспринимающей изменения давления, и с возможностью изменения соответственного сигнала датчика на основе волоконной брэгговской решетки в результате восприятия изменений давления. Волоконная брэгговская решетка FBG предпочтительно смонтирована близко к принимающей давление поверхности второй части 2В вихреобразующего элемента или простирается на указанной принимающей давление поверхности, примыкает к указанной принимающей давление поверхности или встроена в указанную воспринимающую давление поверхность для обеспечения ее чувствительности к упомянутой поверхностной деформации, которая вызвана деформацией/колебаниями данной части 2В вихреобразующего элемента во время работы.

Первая волоконная брэгговская решетка FBG предпочтительно расположена на расстоянии от поверхности отрыва вихрей (при этом поверхность имеет две линии t отрыва вихрей) соответственного вихреобразующего элемента 2. Кроме того, место расположения первой волоконной брэгговской решетки FBG предпочтительно находится на расстоянии от двух поперечных сторон второй части 2В вихреобразующего элемента.

Кроме того (как следует из фиг. 5), продольное направление первой волоконной брэгговской решетки FBG предпочтительно образует угол, составляющий менее 90°, относительно направления потока текучей среды во время работы, например угол, составляющий менее 30°, и предпочтительно угол, составляющий менее 5°. В данном варианте осуществления угол между продольным направлением первой волоконной брэгговской решетки FBG и направлением Y потока текучей среды составляет около 0°.

В частности, принимающая изменения давления часть/вторая часть 2В вихреобразующего элемента содержит составляющую одно целое с ней, изогнутую часть 8 волокна, простирающуюся, по меньшей мере, частично вдоль криволинейной траектории и содержащую первую волоконную брэгговскую решетку FBG (см. фиг. 4-5). Первый участок 8а изогнутой части 8 волокна предпочтительно простирается на короткое расстояние от свободного края Е вихреобразующего элемента, который обращен в сторону от вихреобразующей поверхности вихреобразующего элемента 2, по существу в ортогональном направлении относительно продольного направления канала (см. фиг. 5). Второй участок 8b части 8 волокна предпочтительно расположен рядом с вихреобразующей поверхностью вихреобразующего элемента 2 и простирается по существу параллельно продольному направлению канала. В данном варианте осуществления данный второй участок 8b волокна содержит первую волоконную брэгговскую решетку FBG. В частности, криволинейная траектория волоконной части, будучи образованной на/в вихреобразующем элементе 2, имеет первый изгиб А1 для направления волокна от места входа у первой части 2А вихреобразующего элемента по направлению к свободному краю Е вихреобразующего элемента и следующий второй изгиб А2 (имеющий направление изгиба, которое противоположно направлению изгиба, характеризующему первый изгиб) для направления волокна от свободного края Е вихреобразующего элемента назад к первой части 2А вихреобразующего элемента к месту расположения брэгговской решетки, которое находится на расстоянии от места входа.

В дополнительном варианте осуществления (непоказанном) волокно может быть изогнуто дополнительно (например, для образования по существу полной петли вдоль вихреобразующего элемента 2 и/или проходящей через вихреобразующий элемент 2) и может быть направлено в обратном направлении к стенке 11 канала и через удерживающую конструкцию 9, например, для направления его к другому вихреобразующему элементу 2 для образования другой первой волоконной брэгговской решетки FBG в/на данном другом вихреобразующем элементе 2. В этом случае место (точка) входа волокна может также обеспечивать место выхода волокна.

В частности, в данном варианте осуществления монтажная конструкция 9 имеет сквозное отверстие 15 (см. фиг. 5) для прохода волокна 7 из зоны вне канала С к вихреобразующему элементу 2. Первая часть 2А вихреобразующего элемента может иметь аналогичное отверстие для приема части волокна 7. Вторая часть 2В вихреобразующего элемента может иметь криволинейную канавку 5 или отверстие для удерживания изогнутой части 8 волокна, содержащей первую волоконную брэгговскую решетку FBG. В доп