[发明专利]基于多芯光纤的光纤光栅热线式风速传感器及其测量装置

说明书

本发明公开了一种基于多芯光纤的光纤光栅热线式风速传感器及其测量装置，涉及光纤传感器的技术领域，所述风速传感器包括多芯光纤、长周期光纤光栅、光纤布拉格光栅和金属膜；所述长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅设置在多芯光纤的不同的纤芯中；所述金属膜包覆在多芯光纤的圆周上。本发明将长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅设置在多芯光纤的不同的纤芯中，使信号光和泵浦光分离传输，避免长周期光纤光栅对信号光的干扰，信号光损小；多芯光纤的圆周上包覆的金属膜用于感受温度变化，并引起光纤布拉格光栅的温度变化，进而使光纤布拉格光栅反射信号光时的波长产生变化，获得风速信息；本发明结构简单、体积小、灵敏度高，可以测得准确的风速。

技术领域

本发明涉及光纤传感器的技术领域，更具体地，涉及一种基于多芯光纤的光纤光栅热线式风速传感器及其测量装置。

背景技术

风作为一种自然现象无处不在，对风速的监测在工农业生产、交通运输、航空航天、汽车工业等多个领域中都有非常重要的作用。风速测量的传感器主要分为机械式风速传感器和压差式风速传感器，其中机械式风速传感器包括应力微弯式光纤风速传感器和三杯式风速计；压差式风速传感器包括压差式光纤法布里-珀罗风速传感器和皮托管式风速计。另外还有涡街式气体流速传感器、超声波风速传感器、热式气体流速传感器、粒子成像流速传感器。这些传感器容易受到电磁干扰、成本高、体积大。近年来，光纤风速计因其具有高灵敏度、使用方便、抗电磁干扰和测量范围广等优点，成为了风速测量研究的潮流，并且将光纤光栅技术与风速传感技术相结合有广阔的研究前景和研究意义。

现有技术公开了一种基于掺杂光纤光栅的光纤流量传感器，包括刻写了光纤光栅A的掺杂光纤、刻写了光纤光栅B的单模光纤、波长解调模块、波分复用器和泵浦激光器；掺杂光纤与单模光纤对芯熔接，作为传感器的传感单元，波分复用器将传感单元与泵浦激光器和波长解调模块连接。该申请将两段光纤对芯熔接，存在芯径失配、光纤同心度不良、光纤端面污染等缺陷，导致光纤传输损耗很大；并且信号光和泵浦光在同一根光纤中传输，光纤光栅会对信号光产生影响，导致最终测得的流量数据不准确。

发明内容

本发明为克服上述现有风速传感器中，信号光和泵浦光在单模光纤中共同传输时对信号光产生影响，导致测量结果不准确的缺陷，提供一种基于多芯光纤的光纤光栅热线式风速传感器及其测量装置，能够将信号光和泵浦光分离传输，避免对信号光产生影响，测量结果准确。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种基于多芯光纤的光纤光栅热线式风速传感器，所述风速传感器包括多芯光纤、长周期光纤光栅、光纤布拉格光栅和金属膜；

所述长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅设置在多芯光纤的不同的纤芯中；所述金属膜包覆在多芯光纤的圆周上。

本发明将长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅分别在多芯光纤的不同的纤芯中，使信号光和泵浦光在多芯光纤内分离传输，避免了长周期光纤光栅对信号光的影响，最终的测量结果更准确。

光纤光栅热线式风速传感器的原理是泵浦光通过长周期光纤光栅耦合至光纤包层，包覆在多芯光纤上的金属膜吸收泵浦光产生热量，导致光纤布拉格光栅的温度升高，反射波长红移，当外界风速不为零时，金属膜温度降低，进而光纤布拉格光栅的温度也降低，反射波长蓝移，而波长蓝移量与风速具有固定的关系，从而测出风速。

优选地，长周期光纤光栅的长度大于光纤布拉格光栅的长度。

优选地，长周期光纤光栅在多芯光纤轴线上的投影与光纤布拉格光栅在多芯光纤轴线上的投影不重叠。

优选地，长周期光纤光栅在多芯光纤轴线上的投影与光纤布拉格光栅在多芯光纤轴线上的投影之间的距离范围d为3-5毫米。

优选地，所述金属膜在多芯光纤轴线上的投影与长周期光纤光栅在多芯光纤轴线上的投影不重叠，避免金属膜的温度变化对长周期光纤光栅的透射谱产生影响。