膜片式EFPI光纤风速传感器的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:welletboy
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随着科技的迅速发展和工业化程度的持续提高,对传感器的要求也越来越高。适用于风力发电、风洞实验、汽车空气动力学测试以及航海航空等恶劣环境条件下能正常稳定工作的风速传感器显得尤为重要,而光纤风速传感器因为具有结构简单、体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀性强等优点,吸引了众多研究者的青睐。本文的主要工作内容是制备一种结构简单的膜片式非本征型法布里-珀罗干涉(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)光纤风速传感器。本文在对传统电子式风速传感器和现有光纤风速传感器的工作原理及特点进行详细介绍和分析后,提出了一种基于差压原理的膜片式EFPI光纤风速传感器。本论文中的传感器使用熔融石英(SiO2)作为膜片材料,利用三个不同尺寸的石英套管嵌套粘接后作为支撑结构,由单模光纤端面和膜片内表面构成Fabry-Perot(F-P)腔。单模光纤、膜片、套管之间选用紫外固化胶粘接,利用皮托管引导风场中的静压和全压,使膜片在静压和全压之间的差压作用下发生形变,之后使用基于交叉相关运算的相位解调法解调出腔长变化的绝对值,再根据伯努利方程即可推算出风速的大小。在实验过程中,对传感器进行了压强灵敏度和分辨率标定实验,得出此膜片式EFPI光纤风速传感器的灵敏度为826.97 nm/kPa,量程为0129.896 m/s,且与理论计算值基本吻合;之后利用该传感器进行了风速测量实验,实验结果表明传感器在027 m/s的风速范围内,传感器的测量误差不超过0.41 m/s。该膜片式EFPI光纤风速传感器可在空速测量、风洞试验、风力发电等方面具有实际应用潜力。
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