[實用新型]基于長周期光纖光柵的風速傳感器

有效

• 申請號: 201920057700.2
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN209525361U
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 盧媛;宮睿嶸;張明
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于長周期光纖光柵的風速傳感器，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，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。本實用新型提供了一種結構簡單、解調方便的基于長周期光纖光柵的風速傳感器，采用功率解調、以光纖彎曲代替光纖光柵彎曲。

技術領域

本實用新型主要涉及光纖傳感領域與光通信無源器件領域，尤其涉及基于長周期光纖光柵的風速傳感器。

背景技術

隨著光纖通信技術的飛速發展，光纖傳感技術自20世紀70年代之后也開始興起，成為了眾多傳感技術中的新生力量。而其中的光纖光柵有著制作技術成熟，易于連接，抗電磁干擾，重量輕，體積小的優點，此外由于光纖光柵對于環境參數(折射率，溫度，應力，彎曲，扭曲等)的變化較為敏感，因此光纖光柵在光纖傳感領域得到了廣泛應用。目前光纖傳感器已經可以對溫度，壓力，振動，速度，濕度，角度等多種物理量進行測量。

光纖傳感技術主要可以分為調制技術和解調技術兩個方面，調制技術就是環境中變量對光纖中物理參量的過程，而解調技術則是設法從已調制的信號中得到有用信息的過程。

按照調制方式劃分，光纖光柵風速傳感器可以劃分為熱線式和彎曲式，熱線式風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到調制的效果。而彎曲式則通過光纖光柵的彎曲改變其結構達到調制的效果。上述兩種結構都有各自的缺點，熱線式風速傳感器除了需要信號光源外還需要泵浦光源提供加熱。而彎曲式風速傳感器為了提高靈敏度，其彎曲部分的結構往往十分脆弱，容易損壞。

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

總之，目前的光纖光柵傳感器依然存在著結構復雜，解調困難，光纖光柵易損壞，靈敏度不高的缺點。

發明內容

為了克服目前光纖光柵風速傳感器存在的結構復雜、解調困難，光纖光柵易損壞的缺點，本實用新型提供了一種結構簡單、解調方便的基于長周期光纖光柵的風速傳感器，采用功率解調、以光纖彎曲代替光纖光柵彎曲。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于長周期光纖光柵的風速傳感器，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，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。

進一步，所述光纖反射器是通過在端面進行鍍高反膜形成的，所述涂覆層是采用高折射率材料涂覆的。

再進一步，所述的高反膜為金屬膜或介質膜，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械法等方法。

本實用新型的技術構思為：通過輸入光纖將信號光傳輸到輸入LPFG，由輸入LPFG將纖芯中的光耦合到輸入光纖的內包層中。內包層模式隨后進入輸出光纖的包層中，輸出光纖會在風力的作用下出現彎曲，此時包層模式會被消耗，同時涂覆層加劇了這一損耗情況，進而提高了整個系統的靈敏度。隨后剩余能量繼續前進至光纖反射器處，在該處進行反射，返回輸出光纖的包層中反向傳輸，并再次進行損耗，剩余能量進入輸入LPFG后會被再度耦合入纖芯內，隨后即可進行檢測。通過測量功率的變化即可得到實際的風速。