[發明專利]基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器

有效

• 申請號: 202210169873.X
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114675053B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 董新永;唐玉涵;徐鵬柏;高震森;楊軍;王云才;秦玉文
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

1.基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，包括寬帶光源(1)、Y型光纖環行器(2)、泵浦激光器(3)、波分復用器(4)、泵浦光耦合器(5)、表面涂覆有金屬薄膜(8)的啁啾光纖光柵(6)和光功率計(7)；其中：

寬帶光源(1)為Y型光纖環行器(2)提供光源，向Y型光纖環行器(2)輸入特定波長的光；

寬帶光源(1)的輸出光通過Y型光纖環行器(2)到達波分復用器(4)，與泵浦激光器(3)的泵浦光一同經波分復用器(4)傳輸到泵浦光耦合器(5)中；

泵浦光耦合器(5)將泵浦光耦合進啁啾光纖光柵(6)的光纖包層中；

光功率計(7)通過Y型光纖環行器(2)測量啁啾光纖光柵(6)反射光功率的變化；

其中：涂覆在啁啾光纖光柵(6)表面的金屬薄膜(8)對泵浦光的吸收效應產生熱量，加熱啁啾光纖光柵(6)，泵浦光功率沿啁啾光纖光柵(6)長度衰減導致的溫度梯度變化，啁啾光纖光柵(6)的反射譜帶寬被展寬，而啁啾光纖光柵(6)的啁啾效應與其反射譜帶寬成正比，在啁啾光纖光柵(6)反射率基本不變的情況下，啁啾效應越強，反射譜帶寬越寬，反射光功率越大；在風速作用下，金屬薄膜(8)的加熱效應減弱，啁啾光纖光柵(6)的反射譜帶寬和反射光功率變小，通過光功率計(7)對啁啾光纖光柵(6)反射光功率的變化進行測量，即可實現對風速變化的測量。

2.根據權利要求1所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，所述寬帶光源(1)的輸出光功率密度在啁啾光纖光柵(6)的反射波長范圍內是平坦的。

3.根據權利要求1所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，所述泵浦光的波長根據金屬薄膜(8)材料進行選擇。

4.根據權利要求1所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，所述啁啾光纖光柵(6)的長度值大于等于1厘米。

5.根據權利要求1所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，所述啁啾光纖光柵(6)在反射譜帶寬變化后反射率波動低于5％。

6.根據權利要求1所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，所述金屬薄膜(8)均勻涂覆在啁啾光纖光柵(6)的光纖包層表面。

7.根據權利要求1-6任一項所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于，通過光功率計(7)對啁啾光纖光柵(6)反射光功率的變化的測量即可實現對風速變化的測量的過程為：啁啾光纖光柵(6)在風速作用下，其溫度會降低，因而其反射帶寬和反射光功率也降低，通過光功率計(7)對啁啾光纖光柵(6)反射光功率的變化進行測量，從而實現對風速變化的測量。

8.根據權利要求7所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于：所述啁啾光纖光柵(6)的啁啾效應與其反射譜帶寬B成正比，在啁啾光纖光柵(6)反射率基本不變的情況下，啁啾效應越強，反射譜帶寬B越寬，反射光功率W越大；

在此種情況下，啁啾光纖光柵(6)反射光功率的變化ΔW正比于反射譜帶寬的變化ΔB，其表達式如下：

ΔW＝K₁×ΔB，

式中，K₁為比例常數。

9.根據權利要求8所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于：在風速的作用下，啁啾效應引起的啁啾光纖光柵(6)反射譜帶寬的變化ΔB正比于啁啾光纖光柵(6)兩端溫度梯度的變化ΔT，其表達式如下：

ΔT＝T₁－T₂，

ΔB＝K₂×ΔT，

式中，T₁為啁啾光纖光柵(6)兩端溫度梯度的前端溫度，T₂為啁啾光纖光柵(6)兩端溫度梯度的末端溫度，K₂為比例常數。

10.根據權利要求9所述的基于啁啾光纖光柵的強度解調型風速傳感器，其特征在于：所述啁啾光纖光柵(6)兩端溫度梯度的變化ΔT正比于風速的變化Δv，其表達式如下：

ΔT＝K₃×Δv，

式中，K₃為比例常數。