[發(fā)明專利]基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910030442.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN109580984A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明;宮睿嶸;盧媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/26
• 分類號(hào): G01P5/26
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器，包括輸入光纖、輸入LPFG、輸出光纖、涂覆層和光纖反射器，所述輸入光纖為雙包層光纖，所述輸入LPFG位于所述輸入光纖的纖芯內(nèi)，所述輸出光纖為單模光纖，所述涂覆層位于所述輸出光纖的外表面，所述光纖反射器位于所述輸出光纖的末端端面上。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、解調(diào)方便的基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器，采用功率解調(diào)、以光纖彎曲代替光纖光柵彎曲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及光纖傳感領(lǐng)域與光通信無源器件領(lǐng)域，尤其涉及基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器。

背景技術(shù)

隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖傳感技術(shù)自20世紀(jì)70年代之后也開始興起，成為了眾多傳感技術(shù)中的新生力量。而其中的光纖光柵有著制作技術(shù)成熟，易于連接，抗電磁干擾，重量輕，體積小的優(yōu)點(diǎn)，此外由于光纖光柵對(duì)于環(huán)境參數(shù)(折射率，溫度，應(yīng)力，彎曲，扭曲等)的變化較為敏感，因此光纖光柵在光纖傳感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前光纖傳感器已經(jīng)可以對(duì)溫度，壓力，振動(dòng)，速度，濕度，角度等多種物理量進(jìn)行測(cè)量。

光纖傳感技術(shù)主要可以分為調(diào)制技術(shù)和解調(diào)技術(shù)兩個(gè)方面，調(diào)制技術(shù)就是環(huán)境中變量對(duì)光纖中物理參量的過程，而解調(diào)技術(shù)則是設(shè)法從已調(diào)制的信號(hào)中得到有用信息的過程。

按照調(diào)制方式劃分，光纖光柵風(fēng)速傳感器可以劃分為熱線式和彎曲式，熱線式風(fēng)速傳感器利用泵浦光源加熱光纖表面，通過光纖光柵表面的溫度改變來達(dá)到調(diào)制的效果。而彎曲式則通過光纖光柵的彎曲改變其結(jié)構(gòu)達(dá)到調(diào)制的效果。上述兩種結(jié)構(gòu)都有各自的缺點(diǎn)，熱線式風(fēng)速傳感器除了需要信號(hào)光源外還需要泵浦光源提供加熱。而彎曲式風(fēng)速傳感器為了提高靈敏度，其彎曲部分的結(jié)構(gòu)往往十分脆弱，容易損壞。

按照解調(diào)方式劃分光纖光柵風(fēng)速傳感器則可以劃分為波長型和功率型，波長型風(fēng)速傳感器通過測(cè)量波形波長的偏移來得到最終風(fēng)速，而功率型通過輸出功率的改變來測(cè)量風(fēng)速大小。目前多數(shù)的風(fēng)速傳感器以波長型風(fēng)速傳感器為主，原因主要在于盡管功率型傳感器解調(diào)簡(jiǎn)單但是其靈敏度不佳。但與此同時(shí)，波長型風(fēng)速傳感器也存在著解調(diào)方式困難的缺點(diǎn)。

總之，目前的光纖光柵傳感器依然存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解調(diào)困難，光纖光柵易損壞，靈敏度不高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服目前光纖光柵風(fēng)速傳感器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解調(diào)困難，光纖光柵易損壞的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、解調(diào)方便的基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器，采用功率解調(diào)、以光纖彎曲代替光纖光柵彎曲。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于長周期光纖光柵的風(fēng)速傳感器，包括輸入光纖、輸入LPFG、輸出光纖、涂覆層和光纖反射器，所述輸入光纖為雙包層光纖，所述輸入LPFG位于所述輸入光纖的纖芯內(nèi)，所述輸出光纖為單模光纖，所述涂覆層位于所述輸出光纖的外表面，所述光纖反射器位于所述輸出光纖的末端端面上。

進(jìn)一步，所述光纖反射器是通過在端面進(jìn)行鍍高反膜形成的，所述涂覆層是采用高折射率材料涂覆的。

再進(jìn)一步，所述的高反膜為金屬膜或介質(zhì)膜，所述涂覆材料為折射率大于單模光纖包層折射率的高折射率樹脂，所述涂覆材料包括但不限于四官能聚氨酯丙烯酸酯。

所述的輸入LPFG的制作方法包括但不限于紫外光(UV)、CO₂脈沖激光寫入、電弧寫入、飛秒激光脈沖寫入以及機(jī)械法等方法。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：通過輸入光纖將信號(hào)光傳輸?shù)捷斎隠PFG，由輸入LPFG將纖芯中的光耦合到輸入光纖的內(nèi)包層中。內(nèi)包層模式隨后進(jìn)入輸出光纖的包層中，輸出光纖會(huì)在風(fēng)力的作用下出現(xiàn)彎曲，此時(shí)包層模式會(huì)被消耗，同時(shí)涂覆層加劇了這一損耗情況，進(jìn)而提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度。隨后剩余能量繼續(xù)前進(jìn)至光纖反射器處，在該處進(jìn)行反射，返回輸出光纖的包層中反向傳輸，并再次進(jìn)行損耗，剩余能量進(jìn)入輸入LPFG后會(huì)被再度耦合入纖芯內(nèi)，隨后即可進(jìn)行檢測(cè)。通過測(cè)量功率的變化即可得到實(shí)際的風(fēng)速。