引用本文:
陈旭科,董新永. 基于薄包层FBG的热线式光纤风速计[J]. 光通信技术,2020,44(11):43-46.
陈旭科1,董新永1,2
(1.中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州 310018;2.广东工业大学 信息工程学院,广州 510006)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为提高热线式光纤风速计的性能,在金属膜光纤布喇格光栅(FBG)热线式光纤风速计的基础上,通过减小FBG的包层厚度,使风速计的FBG包层直径从125 μm减小到71.6 μm,并将这种薄包层FBG热线式光纤风速计与FBG常规风速计进行对比实验。结果表明:薄包层FBG热线式光纤风速计的初始温度提高了43.4%;风速测量的灵敏度显著提高了61.2%;受使用的风洞限制,风速最大测试范围为20 m/s。
关键词:为提高热线式光纤风速计的性能,在金属膜光纤布喇格光栅(FBG)热线式光纤风速计的基础上,通过减小FBG的包层厚度,使风速计的FBG包层直径从125 μm减小到71.6 μm,并将这种薄包层FBG热线式光纤风速计与FBG常规风速计进行对比实验。结果表明:薄包层FBG热线式光纤风速计的初始温度提高了43
中图分类号:TP212.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)11-0043-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.11.010
0 引言
气流速度的精确测量在化学工程、航空航天工业、汽车工业、过程控制和医疗设备技术等领域中具有十分重要的作用[1]。如今,人们广泛采用压差、超声波、涡旋或传热等参数进行间接测量。为了使测量设备的尺寸变得更小且效率更高,基于微机电系统(MEMS)的风速计技术被开发并广泛使用。然而,它们在某些低温或高温、腐蚀性、放射性或爆炸性的恶劣环境中不能工作或者测量效果不佳。光纤风速计因其具有紧凑的结构、电无源操作、长距离测量能力、高灵敏度以及对恶劣环境的高度适应性等优点而被广泛关注。
干涉式光纤风速计具有高测量灵敏度,但是其传感头在高风速下易断裂而使得测量范围较小。热线式光纤风速计结构牢固,具有高精度、高灵敏度和大测量范围等优点使其脱颖而出。近年来,基于光纤布喇格光栅(FBG)的热线式风速计作为一个新的研究重点被提出。热线式风速计使用泵浦激光来加热金属(例如银)膜涂层的FBG作为热线,得益于独特的激光泵浦方法以及光纤对光信号和泵浦激光的长距离传输能力,可以轻松实现对气流速度的远程测量。此外,气流的变化最终被编码为FBG的反射波长,该绝对参数与信号强度无关,因此理论上可以保证高精度测量。初始温度(即无气流时的FBG温度)是影响热线式光纤风速计测量灵敏度和范围的关键参数。对于给定的泵浦激光器功率,如何提高初始温度并因此提高传感性能非常重要。因此,本文提出一种提高基于薄包层FBG的热线式光纤风速计性能的方法。
3 结束语
本文通过减小FBG的部分光纤包层厚度以改善基于FBG的热线式风速计的性能,并通过具有包层直径为71.6 μm的薄包层FBG风速计与常规FBG风速计的对比实验结果表明:薄包层FBG热线的初始温度提高了约43.4%,且在0.1 m/s、0.5 m/s、1.5 m/s和20 m/s的不同风速下获得的灵敏度分别为-1978 pm/(m·s-1)、-443 pm/(m·s-1)、-133 pm/(m·s-1)和-4.8 pm/(m·s-1)。该传感器在低风速时的灵敏度非常高,使其在今后低风速测量中脱颖而出。而且,其风速测量范围比一般的光纤风速计更广,因此会有非常可观的应用前景。这种方法有望成为今后用来提升各种光纤传感器的可靠方式。