0 引言

　　光纤风速计因具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰能力强和测量距离远等优势，成为近年来光纤传感领域的研究热点。目前，基于光纤布喇格光栅（FBG）[1-2]、长周期光纤光栅（LPG）[3]和倾斜光纤光栅（TFBG）[4]等的光纤光栅风速计已经被研究和报道，基于Fabry–Perot干涉仪[5]、Sagnac干涉仪[6]和Michelson干涉仪[7]等经典光纤传感结构的风速计也已经实现。然而，绝大多数的光纤风速计的信号解调方式为波长解调，在测量时需要使用成本较高的光谱或波长测量仪器来读取光纤风速计输出的光谱信号，极大地限制了光纤风速计在实际测量中的应用。为此，近年来有部分学者提出了基于强度解调的光纤风速计方案。

　　2019年，GAO R等人[8] 利用凹槽底板将2根端面镀有石墨烯薄膜的梯度型折射率渐变光纤进行准直，再用532 nm的激光器加热石墨烯薄膜，最后使用功率计测量不同风速下该结构的透射功率，获得了一种强度调制型的光纤热式风速计。得益于石墨烯薄膜良好的散热性和自身结构的开放性，该风速计具有很短的响应时间。但是，因为在测量时需要使用体积较大的凹槽底板进行准直，破坏了传感器周围的风场，导致测量精度受到影响。2020年，WANG F等人[9]采用表面镀有单壁碳纳米管（SWCNTs）的TFBG制作得到光纤热式风速计，并使用1550 nm的商用泵浦激光器对风速计进行加热和解调。SWCNTs高达93%的光吸收率使得该风速计在低泵浦功率下获得良好的加热效果。此外，该方案还利用TFBG包层模谐振峰强度呈现高斯形变化的特点，补偿了热式风速计固有的灵敏度非线性变化，最终获得了风速计透射强度与风速成线性关系的效果。然而，因为TFBG包层模谐振峰本身的带宽较窄，限制了该风速计的测量范围。另外，以上2个方案采用的测量透射功率的工作方式在实际应用中也有诸多不便之处[10]。

　　针对上述问题，本文提出一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计（下文简称光纤风速计）。

5 结束语

　　本文提出了一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计，利用1480 nm泵浦激光单侧泵浦长度为15 mm的FBG，使涂敷在FBG外的银膜吸收激光产生热量。非均匀的加热方式及较长的吸收区域使FBG形成了较大的温度梯度，从而有效展宽了FBG带宽。加热实验结果表明：该风速计具有1.087 pm/mW的带宽展宽率；在气流的冷却作用下，加热后的FBG带宽逐渐收缩，反射光功率下降。使用功率计进行了风速测量实验，实验结果显示：在0~11 m/s的风速范围，风速计的反射光功率从59.40 μW变化到39.63 μW，共下降了19.77 μW；在风速为0.1 m/s时风速计具有高达-28.60 μW/（m·s-1）的灵敏度；风速计在高低风速交替变换间的平均响应时间分别约为0.3 s（低到高）和0.9 s（高到低）。该风速计因采用低成本的强度解调方法，且具有较高的灵敏度和远程监测能力，有望在实际风速测量项目中得到广泛应用。