专利名称：一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计的制作方法
一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计。
背景技术：
光纤热线式风力计与传统风力计相比，具有独特的优点灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全。由于光纤热线式风力计是利用光波传输信息，而光纤又可以作为电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，这使它可以方便有效地用于各种大型机电、地震波检测、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。
用光纤作为热线式风力测量媒介的机理多种多样，而基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计原理简单较为简单-在倾斜光纤布拉格光栅表面镀金属薄膜，而风会使得被泵浦光加热的金属薄膜温度降低，引起倾斜光纤布拉格光栅的布拉格峰波长发生变化，通过光谱仪和宽带光源对其波长进行测量即可得到风力的相关信息。该光纤风力计结构简单，方便制作，且无需破坏光纤本身结构而受到人们的关注。光纤风力计与其他光纤传感器一样可以工作在强电磁等特殊环境中工作的特点，加上其自问世以来不断的发展，在工业生产、环境监测等需要风速测量方面有广泛的应用，因此研究倾斜光纤布拉格光栅风力计具有重要的意义。发明内容
本发明的目的是针对现有光纤布拉格光栅风力计存在的结构复杂、灵敏度与重复性不高的缺点，提出了一种设计简单、结构紧凑、灵敏度高、成本较低的基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是
一种基于倾斜光纤布拉格光栅的热线式风力计，包括宽带光源、泵浦光源、光纤环行器、波峰复用器、镀有金属薄膜的倾斜光纤布拉格光栅、光谱仪。
在倾斜光纤布拉格光栅表面镀上金属薄膜，作为传感头。将波峰复用器的Common 端与镀有金属薄膜的倾斜光纤布拉格光栅一端相连，Reflect端与泵浦光源相连，Pass端与光纤环行器反射端相连。把光纤环行器输入端与宽带光源相连，输出端与光谱仪相连，这样形成倾斜光纤布拉格光栅风力计系统。
本发明所具有的优点
I.以镀有金属薄膜的倾斜光纤布拉格光栅作为传感头，具有结构简单、方便制作、 传感头体积小、制作成本低等优点，可广泛应用于各种需要风力监测的环境或者对传感器尺寸要求严格的工程领域。
2.不同的风速使被泵浦光源加热的金属薄膜呈现不同温度，从而使倾斜光纤布拉格光栅的布拉格峰波长发生变化，通过对布拉格峰波长的解调可以实现风力的测量。因此该光纤风力计具有测量原理简单、精度高的优势。


图I为本发明的倾斜光纤布拉格光栅热线式风力计系统图
图2为本发明的基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1，2所示，一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力，主要包括光谱仪I，宽带光源2,光纤环行器3,泵浦光源4,波分复用器5,倾斜光纤布拉格光栅6,金属薄膜7。光谱仪I与光纤环行器3的光输出端相连,光纤环行器3的入射端与宽带光源I相连，同时把光纤环行器3的反射端连接到波峰复用器5的Pass端，波峰复用器5的Reflect 端与泵浦光源连，而波峰复用器的Common端与镀有金属薄膜的倾斜光纤光栅6 —端连接。
为了让泵浦光源耦合进入包层对倾斜光纤布拉格光栅表面的金属薄膜进行加热， 选取波长处于倾斜光纤布拉格光栅的辐射模与包层模区域的泵浦光源。泵浦光的泵浦功率直接影响本风力计的测量范围，具体功率值可其视耦合入传感头的效率以及所需测量范围进行调整。
本发明装置的工作方式为由宽带光源发出的光经光纤环行器后通过波峰复用器进入传感头，传感头中的倾斜光纤布拉格光栅会将布拉格模反射回光谱仪。而泵浦光会通过波峰复用器耦合进入传感头，被对应波长的倾斜光纤布拉格光栅的包层模耦合进入光纤包层对镀在表面的金属薄膜进行加热。随着这一段光纤温度升高，倾斜光纤布拉格光栅波长产生红移。而外界不同的风力会让金属膜温度发生不同程度的减小，使倾斜光纤布拉格光栅的波长产生不同程度蓝移，通过光谱仪监测倾斜光纤布拉格光栅反射回的布拉格峰波长变化即可解调出风力的大小。
本发明装置能够测量风力的关键为泵浦光源处于倾斜光纤布拉格光栅的包层模与辐射模区域，能被倾斜光纤布拉格光栅耦合入包层对表面上的金属薄膜进行加热并导致该部光纤温度升高，使得倾斜光纤布拉格光栅的波长发生红移。而外界不同的风力会使金属薄膜的温度发生不同程度的减小使得倾斜光纤布拉格光栅的波长产生相应的蓝移。所以仅通过解调倾斜光纤布拉格光栅的布拉格峰波长即可得到风力的相关信息，为风力测量提供了一种有效的测量方法。
权利要求
1.一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计，包括光谱仪(I)，宽带光源(2)，光纤环行器(3)，泵浦光源(4)，波分复用器(5)，倾斜光纤光栅(6)，金属薄膜(7)，其特征在于倾斜光纤布拉格光栅表面镀金属薄膜作为传感头，泵浦光源的波长处于倾斜光纤布拉格光栅的辐射模与包层模区域，其能量可能被金属薄膜吸收转换成热量，从而使传感头具有随风力变化的温度，温度改变倾斜光纤布拉格光栅的布拉格波长，由宽带光源和光谱仪测量。
全文摘要
本发明涉及一种基于倾斜光纤布拉格光栅的光纤热线式风力计，使用波长解调的方法实现风力测量，以紧凑的结构解决了一般光纤传感器存在的结构复杂、价格昂贵的问题。本发明中泵浦光源通过波分复用器进入风力计，被倾斜光纤布拉格光栅的包层模耦合进入包层，对镀在表面的金属薄膜进行加热，使该段光纤温度升高导致倾斜光纤布拉格光栅的波长发生红移。而风会让金属膜温度降低使倾斜光纤布拉格光栅波长发生蓝移，所以通过宽带光源和光谱仪对其波长进行测量即可得到风力的相关信息。本发明倾斜光纤布拉格光栅风力计体积小，结构简单，价格便宜，可操作性强，可广泛应用于各种风力监测领域。
文档编号G01P5/10GK102981019SQ20121040465
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者董新永, 郑杰 申请人:中国计量学院