[發(fā)明專利]基于啁啾光纖光柵的強(qiáng)度解調(diào)型風(fēng)速傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210169873.X
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN114675053B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/26
• 分類號(hào): G01P5/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

本發(fā)明公開基于啁啾光纖光柵的強(qiáng)度解調(diào)型風(fēng)速傳感器，包括寬帶光源、Y型光纖環(huán)行器、泵浦激光器、波分復(fù)用器、泵浦光耦合器、表面涂覆有金屬薄膜的啁啾光纖光柵和光功率計(jì)；用涂覆在啁啾光纖光柵表面的金屬薄膜對泵浦光的吸收效應(yīng)產(chǎn)生熱量，加熱啁啾光纖光柵，由于泵浦光功率沿啁啾光纖光柵長度衰減導(dǎo)致的溫度梯度變化，啁啾光纖光柵的反射譜帶寬被展寬。在風(fēng)速作用下，金屬薄膜的加熱效應(yīng)減弱，啁啾光纖光柵的反射譜帶寬和反射光功率變小，利用光功率計(jì)測量啁啾光纖光柵反射光功率的變化，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)速的測量，具有測量速度快、解調(diào)系統(tǒng)成本低、體積小、使用方便等特點(diǎn)，適用于動(dòng)態(tài)的高速測量，提高了光纖光柵風(fēng)速傳感器的動(dòng)態(tài)檢測范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光柵傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于啁啾光纖光柵的強(qiáng)度解調(diào)型風(fēng)速傳感器。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，氣流速度的精確測量在航空、化工、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域起到重要作用，基于各種原理的風(fēng)速傳感器相繼被提出。目前，在某些低溫或高溫、放射性和腐蝕性等惡劣環(huán)境中，微機(jī)電系統(tǒng)的風(fēng)速傳感器無法工作或者測量效果不佳。

光纖風(fēng)速傳感器因其具有抗電磁干擾、長距離測量能力、高靈敏度以及對惡劣環(huán)境的高度適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。

其中，熱線式光纖風(fēng)速計(jì)因其靈敏度高、測量范圍大和結(jié)構(gòu)牢固等優(yōu)點(diǎn)而被大規(guī)模推廣應(yīng)用。近年來，光纖光柵傳感器因其成本低、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、尺寸小、復(fù)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

與本發(fā)明最為相近的文章有《Compact?Anemometer?Using?Silver-Coated?FiberBragg?Grating》、《Hot-Wire?Anemometer?Based?on?Silver-Coated?Fiber?BraggGrating?Assisted?by?No-Core?Fiber》、《Fiber?Bragg?Grating?Flow?Sensors?Poweredby?In-Fiber?Light》、《Fiber?optic?hot-wire?flowmeter?based?on?a?metallic?coatedhybrid?long?period?grating/fiber?Bragg?grating?structure》、《基于薄包層FBG的熱線式光纖風(fēng)速計(jì)》、《基于腰椎放大熔接的FBG熱線式風(fēng)力計(jì)》、《光纖光柵風(fēng)力計(jì)研究》和《新型光纖風(fēng)力計(jì)研究》,這一類與本發(fā)明結(jié)構(gòu)相似的熱線式風(fēng)速傳感器，采用不同的泵光耦合結(jié)構(gòu)將泵浦光耦合進(jìn)光纖包層，涂覆在光纖光柵表面的金屬薄膜吸收泵浦光產(chǎn)生熱量，使光纖光柵的溫度升高。為避免泵浦光加熱導(dǎo)致的啁啾效應(yīng)，這一類熱線式風(fēng)速傳感器所選的光纖布拉格光柵較短。

文章《Fiber-optic?anemometer?based?on?single-walled?carbon?nanotubecoated?tilted?fiber?Bragg?grating》提出了一種基于單壁碳納米管涂層的傾斜光纖光柵熱線式風(fēng)速傳感器，該風(fēng)速傳感器通過傾斜光纖光柵將激光器發(fā)出的泵浦光耦合成高階包層模式和輻射模式，沉積在傾斜光纖光柵表面的單壁碳納米吸收大量泵浦光提高光纖溫度，在風(fēng)速作用下，通過測量透射光譜的波長漂移來確定風(fēng)速的變化。

文章《All-optical?fiber?anemometer?based?on?laser?heated?fiber?Bragggratings》提出了一種基于光纖布拉格光柵的光纖風(fēng)速儀，該風(fēng)速傳感器的泵浦激光通過刻有兩個(gè)光纖光柵的一小段摻鈷光纖來加熱光纖光柵，通過FBG解調(diào)儀來監(jiān)測光纖布拉格光柵的中心波長，確定風(fēng)速變化。

傳統(tǒng)的波長解調(diào)型光纖光柵傳感器利用其波長隨溫度、應(yīng)變、壓力等物理量變化的原理，通過檢測波長的漂移來得知被測物理參量的變化，測量波長時(shí)需要波長解調(diào)儀進(jìn)行掃描，此類波長解調(diào)儀通常體積大、反應(yīng)時(shí)間相對較長、掃描速度較慢且價(jià)格昂貴，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。