[發(fā)明專利]一種基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力計(jì)

無效

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• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102981019A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董新永;鄭杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號: G01P5/10
• 分類號: G01P5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力計(jì)。

背景技術(shù)

光纖熱線式風(fēng)力計(jì)與傳統(tǒng)風(fēng)力計(jì)相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、重量輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質(zhì)安全。由于光纖熱線式風(fēng)力計(jì)是利用光波傳輸信息，而光纖又可以作為電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，這使它可以方便有效地用于各種大型機(jī)電、地震波檢測、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。

用光纖作為熱線式風(fēng)力測量媒介的機(jī)理多種多樣，而基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力計(jì)原理簡單較為簡單-在傾斜光纖布拉格光柵表面鍍金屬薄膜，而風(fēng)會(huì)使得被泵浦光加熱的金屬薄膜溫度降低，引起傾斜光纖布拉格光柵的布拉格峰波長發(fā)生變化，通過光譜儀和寬帶光源對其波長進(jìn)行測量即可得到風(fēng)力的相關(guān)信息。該光纖風(fēng)力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，方便制作，且無需破壞光纖本身結(jié)構(gòu)而受到人們的關(guān)注。光纖風(fēng)力計(jì)與其他光纖傳感器一樣可以工作在強(qiáng)電磁等特殊環(huán)境中工作的特點(diǎn)，加上其自問世以來不斷的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測等需要風(fēng)速測量方面有廣泛的應(yīng)用，因此研究傾斜光纖布拉格光柵風(fēng)力計(jì)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有光纖布拉格光柵風(fēng)力計(jì)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、靈敏度與重復(fù)性不高的缺點(diǎn)，提出了一種設(shè)計(jì)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、成本較低的基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力計(jì)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種基于傾斜光纖布拉格光柵的熱線式風(fēng)力計(jì)，包括寬帶光源、泵浦光源、光纖環(huán)行器、波峰復(fù)用器、鍍有金屬薄膜的傾斜光纖布拉格光柵、光譜儀。

在傾斜光纖布拉格光柵表面鍍上金屬薄膜，作為傳感頭。將波峰復(fù)用器的Common端與鍍有金屬薄膜的傾斜光纖布拉格光柵一端相連，Reflect端與泵浦光源相連，Pass端與光纖環(huán)行器反射端相連。把光纖環(huán)行器輸入端與寬帶光源相連，輸出端與光譜儀相連，這樣形成傾斜光纖布拉格光柵風(fēng)力計(jì)系統(tǒng)。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：

1.以鍍有金屬薄膜的傾斜光纖布拉格光柵作為傳感頭，具有結(jié)構(gòu)簡單、方便制作、傳感頭體積小、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種需要風(fēng)力監(jiān)測的環(huán)境或者對傳感器尺寸要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域。

2.不同的風(fēng)速使被泵浦光源加熱的金屬薄膜呈現(xiàn)不同溫度，從而使傾斜光纖布拉格光柵的布拉格峰波長發(fā)生變化，通過對布拉格峰波長的解調(diào)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力的測量。因此該光纖風(fēng)力計(jì)具有測量原理簡單、精度高的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的傾斜光纖布拉格光柵熱線式風(fēng)力計(jì)系統(tǒng)圖

圖2為本發(fā)明的基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力計(jì)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。

如圖1，2所示，一種基于傾斜光纖布拉格光柵的光纖熱線式風(fēng)力，主要包括光譜儀1，寬帶光源2，光纖環(huán)行器3，泵浦光源4，波分復(fù)用器5，傾斜光纖布拉格光柵6，金屬薄膜7。光譜儀1與光纖環(huán)行器3的光輸出端相連，光纖環(huán)行器3的入射端與寬帶光源1相連，同時(shí)把光纖環(huán)行器3的反射端連接到波峰復(fù)用器5的Pass端，波峰復(fù)用器5的Reflect端與泵浦光源連，而波峰復(fù)用器的Common端與鍍有金屬薄膜的傾斜光纖光柵6一端連接。

為了讓泵浦光源耦合進(jìn)入包層對傾斜光纖布拉格光柵表面的金屬薄膜進(jìn)行加熱，選取波長處于傾斜光纖布拉格光柵的輻射模與包層模區(qū)域的泵浦光源。泵浦光的泵浦功率直接影響本風(fēng)力計(jì)的測量范圍，具體功率值可其視耦合入傳感頭的效率以及所需測量范圍進(jìn)行調(diào)整。

本發(fā)明裝置的工作方式為：由寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)光纖環(huán)行器后通過波峰復(fù)用器進(jìn)入傳感頭，傳感頭中的傾斜光纖布拉格光柵會(huì)將布拉格模反射回光譜儀。而泵浦光會(huì)通過波峰復(fù)用器耦合進(jìn)入傳感頭，被對應(yīng)波長的傾斜光纖布拉格光柵的包層模耦合進(jìn)入光纖包層對鍍在表面的金屬薄膜進(jìn)行加熱。隨著這一段光纖溫度升高，傾斜光纖布拉格光柵波長產(chǎn)生紅移。而外界不同的風(fēng)力會(huì)讓金屬膜溫度發(fā)生不同程度的減小，使傾斜光纖布拉格光柵的波長產(chǎn)生不同程度藍(lán)移，通過光譜儀監(jiān)測傾斜光纖布拉格光柵反射回的布拉格峰波長變化即可解調(diào)出風(fēng)力的大小。

本發(fā)明裝置能夠測量風(fēng)力的關(guān)鍵為：泵浦光源處于傾斜光纖布拉格光柵的包層模與輻射模區(qū)域，能被傾斜光纖布拉格光柵耦合入包層對表面上的金屬薄膜進(jìn)行加熱并導(dǎo)致該部光纖溫度升高，使得傾斜光纖布拉格光柵的波長發(fā)生紅移。而外界不同的風(fēng)力會(huì)使金屬薄膜的溫度發(fā)生不同程度的減小使得傾斜光纖布拉格光柵的波長產(chǎn)生相應(yīng)的藍(lán)移。所以僅通過解調(diào)傾斜光纖布拉格光柵的布拉格峰波長即可得到風(fēng)力的相關(guān)信息，為風(fēng)力測量提供了一種有效的測量方法。