CN113391090A - 一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置及方法 - Google Patents

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徐鹏柏
高震森
杨军
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Abstract

本发明公开了一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置及方法，装置包括宽带光源、光纤环行器、光谱仪及聚合物法珀腔光纤风速计。聚合物法珀腔光纤风速计利用紫外光固化胶在光纤端面制作而成。方法利用宽带光源同时作为信号光和泵浦光，加热聚合物法珀腔，通过光谱仪观察聚合物法珀腔的干涉光谱，从而测量出风速的变化。该方法避免了引入额外的泵浦激光，简化了系统结构；无需在传感器上附着铜片，不影响传感器周围的风场。所述聚合物法珀腔光纤风速计结构紧凑，能实现“点式”风速测量。在实现高灵敏度的同时，所需输入光功率比一般热线式光纤风速计更低，降低了能耗。本发明具有灵敏度高、结构紧凑、能耗低、系统简单、制备简易等优点。

Description

一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置及方法
技术领域
本发明涉及风速测量的技术领域，尤其涉及到一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置及方法。
背景技术
风速测量在气象学、空气动力学、化工生产、工业过程控制及医疗设备技术等领域中具有十分重要的作用。传统的风速测量传感器分别有机械式(三杯式)风速计、超声波风速计、压差式风速计(皮托管)等，这些传感器容易收到电磁干扰，且体积大，不能满足风速点式测量的要求。近年来，光纤风速计因具有高灵敏度、体积小、抗电磁干扰和便于长距离测量等优点而成为风速测量研究中的热点。
目前光纤风速计主要有两类：一是通过弯曲或扭曲光纤结构来测量风速，然而该类设计的光纤结构脆弱，在高风速的情况下容易损坏。二是热线式光纤风速计，其多利用光纤光栅(FBG)作为传感器件。该设计通过输入高功率的泵浦光到光纤结构中，并通过耦合结构耦合到包层中，被包层外的金属薄膜吸收转化为热量，从而加热了光纤光栅。当风吹带走传感器上的热量时，光纤光栅的波长会随着温度的变化而变化。由于热线式光纤风速计具有灵敏度高和结构稳固的优点，近年来成为光纤风速计主要的研究类型。然而该类设计采用光纤光栅作为传感元件，其温度灵敏度较低，只有0.01nm/℃，这限制了其风速测量灵敏度的提升。另外，该类设计通常需要输入功率达数百毫瓦的泵浦激光到光纤结构中加热光纤光栅，这也造成了能耗过高的问题。因此，需要提出一种输入泵浦光功率低，风速灵敏度高的风速测量装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于光源加热的、具有高灵敏度、低输入光功率、结构小巧、系统简单的风速测量系统。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置，包括宽带光源、光纤环行器、光谱仪以及聚合物法珀腔光纤风速计；
其中，所述宽带光源的输出端与光纤环行器的a端口相连，光纤环行器的b端口和聚合物法珀腔光纤风速计相连，光谱仪和光纤环行器的c端口相连；聚合物法珀腔光纤风速计固定放置在可调速风洞中。
进一步地，所述聚合物法珀腔光纤风速计由单模光纤和聚合物法珀腔组成，聚合物法珀腔固化在单模光纤的端面。
进一步地，所述聚合物法珀腔的厚度在10-50μm范围内。
为实现上述目的，本发明另外提供一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量方法，包括以下步骤：
S1、宽带光源从光纤环行器的a端口输入，并从光纤环行器的b端口输出，进入聚合物法珀腔光纤风速计；
S2、聚合物法珀腔吸收一部分光的能量，并转化为热量，使得聚合物法珀腔自身的温度升高；
S3、在聚合物法珀腔和单模光纤、空气接触的两个面分别发生菲涅尔反射，反射回的两束光形成干涉；
S4、反射的信号光经过光纤环行器的c端口后，到达光谱仪，光谱仪检测出干涉光谱信号；
S5、当有风吹过聚合物法珀腔时，风会带走聚合物法珀腔的部分热量，从而使得聚合物法珀腔的温度降低，腔长变短，此时聚合物法珀腔的干涉光谱的会发生蓝移，最后从光谱仪中检测出信号变化，从而测量出风速的变化。
进一步地，所述聚合物法珀腔光纤风速计，通过以下步骤制作而成：
首先取两根端面平整的单模光纤，用其中一根单模光纤沾取少量紫外光固化胶；
然后分别把两根单模光纤放置在普通商用光纤熔接机的左右夹具上，驱动熔接机的左右马达对准两个光纤端面，并移动马达使另一根光纤的端面沾取到少量紫外光固化胶；
最后使用紫外线灯照射光纤端面，使紫外光固化胶固化在单模光纤端面，制得聚合物法珀腔。与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
本方案应用到一种基于光源加热的聚合物法珀腔光纤风速计，该风速计具体为通过紫外光固化胶在单模光纤端面固化后形成聚合物法珀腔而成。
本方案利用宽带光源同时作为信号光和泵浦光，加热聚合物法珀腔，通过光谱仪观察聚合物法珀腔的干涉光谱，从而测量出风速的变化。
本方案使用宽带光源加热传感器的方法，避免引入额外的泵浦激光，简化了系统的结构；无需在传感器上附着铜片，不会影响传感器周围的风场，获得更好的风速测量效果。所述聚合物法珀腔光纤风速计结构紧凑，能实现“点式”风速测量风场。在实现高灵敏度的同时，所需的输入光功率比一般的热线式光纤风速计更低，降低了能耗。
本方案具有灵敏度高、结构紧凑、能耗低、系统简单、制备简易等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置的结构示意图；
图2为本发明聚合物法珀腔光纤风速计的结构示意图；
图3为不同风速下聚合物法珀腔光纤风速计的输出光谱图；
图4为风速与波长相对漂移量关系图。
图中标记：
1-宽带光源；2-光纤环行器；3-光谱仪；4-聚合物法珀腔光纤风速计；5-单模光纤；6-聚合物法珀腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明实施例所述的一种风速测量系统，包括宽带光源1、光纤环行器2、光谱仪3以及聚合物法珀腔光纤风速计4；
其中，宽带光源1的输出端与光纤环行器2的a端口相连，光纤环行器2的b端口和聚合物法珀腔光纤风速计4相连，光谱仪3和光纤环行器2的c端口相连；聚合物法珀腔光纤风速计4固定放置在可调速风洞中。
具体地，如图2所示，聚合物法珀腔光纤风速计4由单模光纤5和聚合物法珀腔6组成，通过以下步骤制作而成：
首先取两根端面平整的单模光纤5，用其中一根单模光纤5沾取少量紫外光固化胶于光纤端面；
然后分别把两根单模光纤5放置在普通商用光纤熔接机的左右夹具上，驱动熔接机的左右马达对准两个光纤端面，并移动马达使另一根光纤的端面沾取到少量紫外光固化胶；
最后使用紫外线灯照射光纤端面，使紫外光固化胶固化在单模光纤端面，制得聚合物法珀腔6。
制作而成的聚合物法珀腔6的厚度在10-50um范围内。
本实施例具体的工作原理如下；
S1、宽带光源1从光纤环行器2的a端口输入，并从光纤环行器2的b端口输出，进入聚合物法珀腔光纤风速计4；
S2、聚合物法珀腔6吸收一部分光的能量，并转化为热量，使得聚合物法珀腔6自身的温度升高；
S3、在聚合物法珀腔6和单模光纤5、空气接触的两个面分别发生菲涅尔反射，反射回的两束光形成干涉；
S4、反射的信号光经过光纤环行器2的c端口后，到达光谱仪3，光谱仪3检测出干涉光谱信号；
S5、当有风吹过聚合物法珀腔6时，风会带走聚合物法珀腔6的部分热量，从而使得聚合物法珀腔6的温度降低，腔长变短，此时聚合物法珀腔6的干涉光谱的会发生蓝移，最后从光谱仪3中检测出信号变化，如图3所示，从而测量出风速的变化。不同风速下风速计的输出光谱如图4所示。
本实施例使用宽带光源1同时作为信号光和泵浦光，在经过光纤环行器2输入到聚合物法珀腔光纤风速计4产生干涉光谱的同时，还能加热聚合物法珀腔光纤风速计4。此外，由于聚合物法珀腔光纤风速计4无需附着铜片，这也使得聚合物法珀腔光纤风速计4周围的风场不受影响，获得更好的测量效果。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置及方法，其特征在于，包括宽带光源(1)、光纤环行器(2)、光谱仪(3)以及聚合物法珀腔光纤风速计(4)；
其中，所述宽带光源(1)的输出端与光纤环行器(2)的a端口相连，光纤环行器(2)的b端口和聚合物法珀腔光纤风速计(4)相连，光谱仪(3)和光纤环行器(2)的c端口相连；聚合物法珀腔光纤风速计(4)固定放置在可调速风洞中。
2.根据权利要求1所述的一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置，其特征在于，所述聚合物法珀腔光纤风速计(4)由单模光纤(5)和聚合物法珀腔(6)组成，聚合物法珀腔(6)固化在单模光纤(5)的端面。
3.根据权利要求2所述的一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量装置，其特征在于，所述聚合物法珀腔(6)的厚度在10-50μm范围内。
4.一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、宽带光源从光纤环行器的a端口输入，并从光纤环行器的b端口输出，进入聚合物法珀腔光纤风速计；
S2、聚合物法珀腔吸收一部分光的能量，并转化为热量，使得聚合物法珀腔自身的温度升高；
S3、在聚合物法珀腔和单模光纤、空气接触的两个面分别发生菲涅尔反射，反射回的两束光形成干涉；
S4、反射的信号光经过光纤环行器的c端口后，到达光谱仪，光谱仪检测出干涉光谱信号；
S5、当有风吹过聚合物法珀腔时，风会带走聚合物法珀腔的部分热量，从而使得聚合物法珀腔的温度降低，腔长变短，此时聚合物法珀腔的干涉光谱会发生蓝移，最后从光谱仪中检测出信号变化，从而测量出风速的变化。
5.根据权利要求4所述的一种基于光源加热的聚合物法珀腔风速测量方法，其特征在于，所述聚合物法珀腔光纤风速计，通过以下步骤制作而成：
首先取两根端面平整的单模光纤，用其中一根单模光纤沾取少量紫外光固化胶；
然后分别把两根单模光纤放置在普通商用光纤熔接机的左右夹具上，驱动熔接机的左右马达对准两个光纤端面，并移动马达使另一根光纤的端面沾取到少量紫外光固化胶；
最后使用紫外线灯照射光纤端面，使紫外光固化胶固化在单模光纤端面，制得聚合物法珀腔。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114354974A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 广东工业大学 一种基于双芯光纤的分布式风速传感器、测量装置和方法
CN116147676A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 广东海洋大学深圳研究院 一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法
CN116859080A (zh) * 2023-09-04 2023-10-10 山东省科学院激光研究所 一种光纤风速传感探头、风速测量装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060504C1 (ru) * 1993-07-26 1996-05-20 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Оптико-волоконный термоанемометр
US10520355B1 (en) * 2015-05-14 2019-12-31 Nutech Ventures, Inc. Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods
CN110987229A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 西安工业大学 一种光纤端面型法珀腔温度传感器
CN112710408A (zh) * 2020-12-16 2021-04-27 天津大学 基于pdms弧形反射面的光纤法珀温度传感头及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060504C1 (ru) * 1993-07-26 1996-05-20 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Оптико-волоконный термоанемометр
US10520355B1 (en) * 2015-05-14 2019-12-31 Nutech Ventures, Inc. Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods
CN110987229A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 西安工业大学 一种光纤端面型法珀腔温度传感器
CN112710408A (zh) * 2020-12-16 2021-04-27 天津大学 基于pdms弧形反射面的光纤法珀温度传感头及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114354974A (zh) * 2021-12-30 2022-04-15 广东工业大学 一种基于双芯光纤的分布式风速传感器、测量装置和方法
CN114354974B (zh) * 2021-12-30 2023-06-16 广东工业大学 一种基于双芯光纤的分布式风速传感器、测量装置和方法
CN116147676A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 广东海洋大学深圳研究院 一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法
CN116147676B (zh) * 2023-04-17 2023-11-14 广东海洋大学深圳研究院 一种温盐深同步测量光纤传感器及测量方法
CN116859080A (zh) * 2023-09-04 2023-10-10 山东省科学院激光研究所 一种光纤风速传感探头、风速测量装置及方法

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