[发明专利]一种测量风压的啁啾长周期光纤光栅传感器

说明书

本发明公开了一种测量风压的啁啾长周期光纤光栅传感器，由宽带光源、滤波器、传感单元、传感单元固定装置、光谱仪、连接所用的单模光纤组成。通过将宽带光源输出的宽带激光通过滤波器限定在特定波长后输入到传感单元中，当风吹向传感单元时，会发生弯曲，从而带动嵌入其中的啁啾长周期光纤光栅发生形变，啁啾信号会因此被减弱，透射谱光强也会发生相应变化，可以用来检测环境风压，同时传感单元透射峰带宽非常宽而且稳定性很好，拥有很好的灵敏度，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明提出了一种测量风压的啁啾长周期光纤光栅传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

啁啾长周期光纤光栅是长周期光纤光栅的一种，是一种周期随着光纤轴向方向不断变化的一种特殊长周期光纤光栅；因为其透射谱拥有很宽的带宽，所以透射谱中能够实现很多波长的带阻，适用于多波长滤波的特点，在光通信方面有特殊的优势。

目前测量风压主要由风速传感器来测量，主要有风杯风速计，螺旋桨式分数计，热线风速计，声学风速计。风杯风速计是将三个互成120°固定在架子上的半球形空杯都顺为一个面，整个架子以及风杯都被固定在一个自由转动的转动轴上，在风的作用下风杯绕轴旋转，转速与风速成正比；热线风速计是由一根被电流加热的金属丝，根据流动的空气使他散热，利用金属丝散热的速率来确定风速的大小；声学风速计是根据在声波传播的方向风速分量将增加声波传播速度的特性来测量风速。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量风压的啁啾长周期光纤光栅传感器，通过将宽带光源输出的宽带激光通过滤波器限定在特定波长后输入到传感单元中，当风吹向传感单元时，会发生弯曲，从而带动嵌入其中的啁啾长周期光纤光栅发生形变，啁啾信号会因此被减弱，透射谱光强也会发生相应变化，可以用来检测环境风压，同时传感单元透射峰带宽非常宽而且稳定性很好，拥有很好的灵敏度，具有很好的应用前景。

一种测量风压的啁啾长周期光纤光栅传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、滤波器(2)、传感单元(3)、传感单元固定装置(4)、光谱仪(5)、连接所用的单模光纤(6)组成；其特征在于：所述的传感单元(3)由啁啾长周期光纤光栅(31)、PDMS膜层(32)组成；所述的传感单元(3)为啁啾长周期光纤光栅(31)成弧型嵌于成长方体状的PDMS膜层(32)中，长为2cm，高为1cm；宽带光源(1)输出光由单模光纤(6)传输到滤波器(2)后使光信号输入传感单元(3)，当风吹向传感单元(3)时，会发生弯曲，从而带动嵌入其中的啁啾长周期光纤光栅(31)发生形变，导致输出光强的减小随后传输至光谱仪(5)分析啁啾光信号透射谱光强的变化情况，从而得出风压大小，同时由于啁啾长周期光纤光栅(31)的宽带滤波能力使得透射光强在多波长下均发生漂移形成相互对照，可更精准的测得风压。

其中，所述的宽带光源(1)的波长范围为1520nm～1570nm。

其中，所述的滤波器(2)为带通滤波器。

其中，所述的传感单元(3)中的啁啾长周期光纤光栅(31)为线性啁啾长周期光纤光栅，直径为100μm，长为2cm，纤芯折射率为1.45，折射率调制幅度为5×10^-5，啁啾系数为1×10^-8nm/cm。

其中，所述的传感单元(3)中的PDMS膜层(32)的厚度为2mm，折射率为1.42，杨氏模量为800kpa，泊松比为0.49。

其中，所述的传感单元固定装置(4)需分别于传感单元(3)的左侧与右侧将其准确固定住。

本发明的工作原理是：啁啾长周期光纤光栅的透射光谱与其所受压力的大小有着密切的关系，当施加在光纤上的外力发生变化时，因为弹光效应使光纤折射率变为：