全文摘要
一种基于长周期光纤光栅的风速传感器，包括输入光纤、输入LPFG、输出光纤、涂覆层和光纤反射器，所述输入光纤为双包层光纤，所述输入LPFG位于所述输入光纤的纤芯内，所述输出光纤为单模光纤，所述涂覆层位于所述输出光纤的外表面，所述光纤反射器位于所述输出光纤的末端端面上。本实用新型提供了一种结构简单、解调方便的基于长周期光纤光栅的风速传感器，采用功率解调、以光纤弯曲代替光纤光栅弯曲。
主设计要求
1.一种基于长周期光纤光栅的风速传感器，其特征在于，所述风速传感器包括输入光纤、输入LPFG、输出光纤、涂覆层和光纤反射器，所述输入光纤为双包层光纤，所述输入LPFG位于所述输入光纤的纤芯内，所述输出光纤为单模光纤，所述涂覆层位于所述输出光纤的外表面，所述光纤反射器位于所述输出光纤的末端端面上。
设计方案
1.一种基于长周期光纤光栅的风速传感器，其特征在于，所述风速传感器包括输入光纤、输入LPFG、输出光纤、涂覆层和光纤反射器，所述输入光纤为双包层光纤，所述输入LPFG位于所述输入光纤的纤芯内，所述输出光纤为单模光纤，所述涂覆层位于所述输出光纤的外表面，所述光纤反射器位于所述输出光纤的末端端面上。
2.如权利要求1所述的基于长周期光纤光栅的风速传感器，其特征在于，所述光纤反射器是通过在端面进行镀高反膜形成的，所述涂覆层是采用高折射率材料涂覆的。
3.如权利要求2所述的基于长周期光纤光栅的风速传感器，其特征在于，所述的高反膜为金属膜或介质膜，所述涂覆材料为折射率大于单模光纤包层折射率的高折射率树脂，所述涂覆材料为四官能聚氨酯丙烯酸酯。
设计说明书
技术领域
本实用新型主要涉及光纤传感领域与光通信无源器件领域，尤其涉及基于长周期光纤光栅的风速传感器。
背景技术
随着光纤通信技术的飞速发展，光纤传感技术自20世纪70年代之后也开始兴起，成为了众多传感技术中的新生力量。而其中的光纤光栅有着制作技术成熟，易于连接，抗电磁干扰，重量轻，体积小的优点，此外由于光纤光栅对于环境参数(折射率，温度，应力，弯曲，扭曲等)的变化较为敏感，因此光纤光栅在光纤传感领域得到了广泛应用。目前光纤传感器已经可以对温度，压力，振动，速度，湿度，角度等多种物理量进行测量。
光纤传感技术主要可以分为调制技术和解调技术两个方面，调制技术就是环境中变量对光纤中物理参量的过程，而解调技术则是设法从已调制的信号中得到有用信息的过程。
按照调制方式划分，光纤光栅风速传感器可以划分为热线式和弯曲式，热线式风速传感器利用泵浦光源加热光纤表面，通过光纤光栅表面的温度改变来达到调制的效果。而弯曲式则通过光纤光栅的弯曲改变其结构达到调制的效果。上述两种结构都有各自的缺点，热线式风速传感器除了需要信号光源外还需要泵浦光源提供加热。而弯曲式风速传感器为了提高灵敏度，其弯曲部分的结构往往十分脆弱，容易损坏。
按照解调方式划分光纤光栅风速传感器则可以划分为波长型和功率型，波长型风速传感器通过测量波形波长的偏移来得到最终风速，而功率型通过输出功率的改变来测量风速大小。目前多数的风速传感器以波长型风速传感器为主，原因主要在于尽管功率型传感器解调简单但是其灵敏度不佳。但与此同时，波长型风速传感器也存在着解调方式困难的缺点。
总之，目前的光纤光栅传感器依然存在着结构复杂，解调困难，光纤光栅易损坏，灵敏度不高的缺点。
发明内容
为了克服目前光纤光栅风速传感器存在的结构复杂、解调困难，光纤光栅易损坏的缺点，本实用新型提供了一种结构简单、解调方便的基于长周期光纤光栅的风速传感器，采用功率解调、以光纤弯曲代替光纤光栅弯曲。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于长周期光纤光栅的风速传感器，包括输入光纤、输入LPFG、输出光纤、涂覆层和光纤反射器，所述输入光纤为双包层光纤，所述输入LPFG位于所述输入光纤的纤芯内，所述输出光纤为单模光纤，所述涂覆层位于所述输出光纤的外表面，所述光纤反射器位于所述输出光纤的末端端面上。
进一步，所述光纤反射器是通过在端面进行镀高反膜形成的，所述涂覆层是采用高折射率材料涂覆的。
再进一步，所述的高反膜为金属膜或介质膜，所述涂覆材料为折射率大于单模光纤包层折射率的高折射率树脂，所述涂覆材料包括但不限于四官能聚氨酯丙烯酸酯。
所述的输入LPFG的制作方法包括但不限于紫外光(UV)、CO2<\/sub>脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入以及机械法等方法。
本实用新型的技术构思为：通过输入光纤将信号光传输到输入LPFG，由输入LPFG将纤芯中的光耦合到输入光纤的内包层中。内包层模式随后进入输出光纤的包层中，输出光纤会在风力的作用下出现弯曲，此时包层模式会被消耗，同时涂覆层加剧了这一损耗情况，进而提高了整个系统的灵敏度。随后剩余能量继续前进至光纤反射器处，在该处进行反射，返回输出光纤的包层中反向传输，并再次进行损耗，剩余能量进入输入LPFG后会被再度耦合入纤芯内，随后即可进行检测。通过测量功率的变化即可得到实际的风速。
本实用新型的有益效果主要表现在：1)目前以弯曲为调制原理制作的光纤光栅风速传感器容易造成光纤光栅的损坏，而本实用新型不需要通过光纤光栅弯曲测量风速。2)目前以温度变化为调制原理制作的热线式风速传感器在结构上除了信号光源以外还需要泵浦光源加热，而本实用新型只需信号光源即可驱动。3)目前以波长为解调方式的光纤传感器，往往存在着解调困难的情况，本实用新型以功率为解调方式，解调十分简单。4)目前以功率为解调方式的光纤传感器，往往存在着灵敏度不够高的缺点，本实用新型则通过涂覆高折射率材料，用泄露模代替辐射模，来加强系统的灵敏度。5)本实用新型部分结构采用双包层光纤，以确保包层模式可以在较长距离内传输。
附图说明
图1是基于长周期光纤光栅的风速传感器的结构示意图。
图2是具体应用实例。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1和图2，一种基于长周期光纤光栅的风速传感器，包括输入光纤101、输入LPFG102、输出光纤103、涂覆层104、光纤反射器105。输入LPFG102位于输入光纤101的纤芯内，光纤反射器105位于输出光纤103的端面上。涂覆层104位于输出光纤103的外表面。输入光纤101的纤芯和内包层直径与输出光纤103的纤芯和包层直径均相等。
参照图2，一种基于长周期光纤光栅的风速传感器的具体应用场景，包括光纤固定夹具109、光源110、功率计111、环行器112和标靶113，光源110位于环行器112的输入端，风速传感器位于环行器112的输出端，功率计111位于环行器112的反射端。光源110的光谱波长与输入LPFG102谐振波长匹配。
进一步，输入光纤103为双包层光纤，光纤反射器105是通过在输出光纤103端面进行镀高反膜形成的，涂覆层104是采用高折射率材料涂覆的，标靶113由一种重量较轻，表面均匀的材料制成，黏附于位于风口的光纤的位置。
再进一步，高反膜材料为金属或介质，涂覆材料为折射率大于光纤包层的高折射率树脂，涂覆材料包括但不限于四官能聚氨酯丙烯酸酯。输入LPFG102的制作方法包括但不限于紫外光(UV)、CO2<\/sub>脉冲激光写入、电弧写入、飞秒激光脉冲写入以及机械法等方法。输入LPFG102的谐振波长与光源110匹配。
参照图1和图2，整个器件的工作过程和原理如下：首先，光源110通过环行器112到达光纤传感器部分，通过输入光纤101中将输入光106输入LPFG102，由于输入LPFG102的传输特性呈现带阻效果，如果光源波长选择正确则纤芯中的所有模式都将被耦合入内包层模式中，谐振波长λm<\/sub>满足相位匹配条件 申请码:申请号:CN201920057700.2 申请日:2019-01-14 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:86(杭州) 授权编号:CN209525361U 授权时间:20191022 主分类号:G01P 5/26 专利分类号:G01P5/26 范畴分类:31D; 申请人:浙江工业大学 第一申请人:浙江工业大学 申请人地址:310014 浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号 发明人:卢媛;宫睿嵘;张明 第一发明人:卢媛 当前权利人:浙江工业大学 代理人:王利强 代理机构:33241 代理机构编号:杭州斯可睿专利事务所有限公司 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计设计图
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