[发明专利]一种基于表面等离子体共振的风速测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，包括宽谱光源、加热光源、光纤传感器、光谱仪、耦合器、隔离器B、隔离器C、环形器、单模光纤、风速测量管道；光谱范围覆盖光纤传感器工作波长范围；光谱仪的工作波长范围覆盖光纤传感器工作波长范围；宽谱光源通过单模光纤与隔离器B相连，加热光源通过单模光纤与隔离器C相连，隔离器只允许光信号单向传输；隔离器B和隔离器C分别通过单模光纤与耦合器相连；环形器通过单模光纤分别与耦合器、光纤传感器和光谱仪相连，其中从单模光纤BE(356)入射环形器的光从单模光纤BF(367)输出，从单模光纤BF(367)入射环形器的光从单模光纤BG(368)输出；光纤传感器位于风速测量管道之中；所述的光纤传感器为基于表面等离子体共振及应变补偿的光纤温度传感器，其主要结构为传感光纤，该传感光纤为实心的光子晶体光纤，光子晶体光纤的介质孔以纤芯为中心呈正六边形多层排布，介质孔排布层数至少两层，介质孔的直径与任意两个相邻的介质孔间距离的比值是3：5，由纤芯向外的第二层六边形介质孔层的相对边中心位置的两个介质孔内壁分别镀有金属薄膜，所述金属薄膜采用能产生表面等离子体共振的金属材料；所述镀有金属薄膜的一个介质孔及同层相邻的两个介质孔中填充介质A，所述介质A的折射率与温度间为负相关关系；介质A未填充的所有介质孔中填充介质B，所述介质B的折射率不受温度影响。

2.根据权利要求1基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，所述光纤传感器的介质孔间距离为2μm。

3.根据权利要求1基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，所述传感光纤外包裹保护套管，保护套管材料为石英或有机玻璃。

4.根据权利要求1基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，所述金属薄膜厚度为20nm～60nm，金属薄膜的金属材料为金或银。

5.根据权利要求1基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，所述介质A为二甘醇。

6.根据权利要求1基于表面等离子体共振的风速测量装置，其特征在于，所述介质B为空气。

7.权利要求1～6所述任一装置的风速测量方法，其特征在于，宽谱光源发出的光信号经过单模光纤进入隔离器B，加热光源发出的光信号经过单模光纤进入隔离器C，隔离器B输出的光信号经单模光纤进入耦合器，隔离器C输出的光信号经单模光纤进入耦合器，耦合器输出的光信号经单模光纤BE进入环形器，环形器的输出光信号经过单模光纤BF进入光纤传感器，在光纤传感器中，金属薄膜A和金属薄膜B的表面等离子共振波长处的光信号强度被损失掉，使宽谱光信号产生两个光强谷，并且当光信号到达光纤传感器的末端端面时部分光信号发生反射，经过单模光纤BF进入环形器，环形器的输出光信号经过单模光纤BG进入光谱仪，通过观察光谱仪上显示的两个光强谷的波长位置，即可得到风速值。

8.根据权利要求7所述的风速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，启动加热光源、宽谱光源和光谱仪；

步骤2，在光谱仪上观测金属薄膜A和金属薄膜B的表面等离子共振波长值；

步骤3，根据金属薄膜B的表面等离子共振波长值，计算得到应变值；

步骤4，根据计算得到的应变值，计算金属薄膜A的表面等离子体共振波长受应变影响产生的变化量；

步骤5，利用在光谱仪上观测的金属薄膜A的表面等离子体共振波长值，减去计算得到的金属薄膜A的表面等离子体共振波长受应变影响产生的变化量，计算得到金属薄膜A的表面等离子体共振波长只受风速影响移动到的波长值；

步骤6，根据计算得到的金属薄膜A的表面等离子体共振波长只受风速影响移动到的波长值，计算出风速值。