[发明专利]一种基于游标效应的光纤流速传感器及其测量方法

权利要求书

1.一种基于游标效应的光纤流速传感器，其特征在于，包括：人工纤毛悬臂梁(1)、弹性支撑结构(2)、光纤应变传感模块(3)和封装外壳(4)；

所述人工纤毛悬臂梁(1)的一端插入到所述弹性支撑结构(2)中，另一端暴露在流体中，所述弹性支撑结构(2)内部有多个相对设置的光纤应变传感模块(3)，且所述光纤应变传感模块(3)为水平设置，所述弹性支撑结构(2)外部包裹所述封装外壳(4)；

所述光纤应变传感模块(3)包括：封装毛细管(31)、第一单模光纤(32)、第二单模光纤(33)、硬质固定胶(34)和弹性固定胶(35)；

所述封装毛细管(31)的一端设有弹性固定胶(35)，所述弹性固定胶(35)与所述人工纤毛悬臂梁(1)下部过盈配合；另一端设有所述硬质固定胶(34)，所述硬质固定胶(34)与所述封装外壳(4)相抵；

所述封装毛细管(31)内部设有通孔，所述第二单模光纤(33)与所述弹性固定胶(35)连接且设置于所述通孔内；所述第一单模光纤(32)的一端穿过硬质固定胶(34)插入至封装毛细管(31)内部的通孔中，另一端在所述封装毛细管(31)外部，所述第一单模光纤(32)与所述第二单模光纤(33)之间为光纤谐振腔。

2.根据权利要求1所述的一种基于游标效应的光纤流速传感器，其特征在于，所述光纤应变传感模块(3)有四个，任意两个光纤应变传感模块(3)之间的间隔角度均为90度，处于一条直线上的两个光纤应变传感模块(3)为一组光纤应变传感装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于游标效应的光纤流速传感器，其特征在于，所述光纤谐振腔的腔长范围为20至500μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于游标效应的光纤流速传感器，其特征在于，所述封装外壳(4)为圆筒结构，所述弹性支撑结构(2)为中间设有盲孔的圆柱形结构，所述盲孔的内径与所述人工纤毛悬臂梁(1)的外径相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种基于游标效应的光纤流速传感器，其特征在于，所述人工纤毛悬臂梁(1)和所述封装外壳(4)的材质为PLA聚乳酸；所述弹性支撑结构(2)与所述弹性固定胶(35)的材质为柔软的紫外线硬化树脂，化学成分为丙烯酸酯；所述硬质固定胶(34)的材质为硬性的紫外线硬化树脂；所述封装毛细管(31)的材质为玻璃。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种基于游标效应的光纤流速传感器的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将传感器与光源连接并固定放置于待测流场中，标定同一条直线上的两个光纤应变传感模块(3)为x轴，另外两个光纤应变传感模块(3)为y轴；

将x轴上的两个光纤应变传感模块(3)与y轴上的两个光纤应变传感模块(3)通过光纤耦合器并联并同时连接光源和光谱仪，再将光谱仪连接至处理器；

待测流场导致人工纤毛悬臂梁(1)下端发生形变，使x轴上的一个光纤应变传感模块(3)光纤谐振腔的腔长增长/缩短，x轴上的另一个光纤应变传感模块(3)光纤谐振腔的腔长缩短/增长，y轴上的一个光纤应变传感模块(3)光纤谐振腔的腔长增长/缩短，y轴上的另一个光纤应变传感模块(3)光纤谐振腔的腔长缩短/增长；

处于x轴上的增长/缩短的光纤谐振腔在光源的作用下产生具有游标增强效应的调制信号，处于y轴上的增长/缩短的光纤谐振腔在光源的作用下也产生具有游标增强效应的调制信号；

所述调制信号以光波为载波输入至光谱仪，光谱仪将调制信号解调后输出具有游标包络的游标光谱至处理器；

处理器对所述具有游标包络的游标光谱作数据处理，得出待测流场平面上流速与方向的信息。