一种基于多芯光纤的矢量流速传感器

本申请涉及光纤传感，具体涉及一种基于多芯光纤的矢量流速传感器。

背景技术：

1、流速是现代工业生产、医疗设备、国防建设等领域重要的参数，是液体或气体单位时间内的位移，该领域仪器越来越受到重视，如：超声流量计、热线式流量计等。虽然相关仪器技术成熟但精度较低，尤其在海洋等环境中，抗干扰能力弱。

2、随着光纤领域的不断发展和完善，在流速测量方面，光纤传感器受到科研机构的极大重视，与传统测量仪器相比，光纤传感技术具有体积小、耐腐蚀、防水抗电磁干扰等优点，体积小极易形成分布式和阵列式等传感测量网络。可适应复杂环境下液体或气体的流速、流量测定，在航空航天高频气体测量、工农业、海洋、医疗等领域的液体和气体流量测量具有广阔的前景。

3、然而目前光纤流速传感器，已出现如热线式光纤流速传感器、压差式光纤流速传感器、全光纤fp、fbg流速传感器等，虽解决了传统流速传感器不耐腐蚀、抗干扰能力差等问题，但都未能实现流速的矢量传感。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请利用多芯光纤涂覆多层稳定柔性硅胶材料，再贴合性质稳定的高硬度晶体构成法布里-珀罗干涉流速传感器，以实现高度集成、高空间分辨率、高灵敏度、耐腐蚀、抗电磁干扰的流速矢量测量。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种基于多芯光纤的矢量流速传感器，包括：发射单元、接收单元和信号处理单元；

3、所述发射单元用于提供光源；所述发射单元还用于进行远距离传输；

4、所述接收单元用于基于所述光源，调制光信号，并传递所述光信号；

5、所述信号处理单元用于将光信号转换为电信号并解调所述电信号。

6、优选的，所述发射单元包括：光源模块和通信模块；

7、所述光源模块用于为所述接收单元提供所述光源；

8、所述通信模块用于进行远距离传输所述光信号。

9、优选的，所述接收单元包括：光纤环路器、光纤探头、多芯光纤扇入扇出装置和接收终端；

10、所述光纤探头用于接收所述光源，感知流量变化并调制所述光信号；

11、所述光纤环路器用于将所述光源传递给光纤探头，再将所述光纤探头调制的所述光信号传递给所述多芯光纤扇入扇出装置；

12、所述多芯光纤扇入扇出装置用于将所述光纤探头调制的所述光信号传输至所述信号处理单元；

13、所述信号接收终端用于接收通信模块发送的信号，显示流速结果。

14、优选的，所述信号处理单元包括：光电探测器、a/d数据采集单元和微处理器；

15、所述光电探测器用于将接收到的所述光信号转换为模拟电信号；

16、所述a/d数据采集单元用于采集所述模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号；

17、所述微处理器用于解调所述数字信号。

18、优选的，所述光纤探头与所述多芯光纤扇入扇出装置为整体，所述多芯光纤扇入扇出装置的输出端连接到所述光纤环路器一端的接口。

19、优选的，所述光纤探头由多芯光纤构成。

20、优选的，利用性质稳定的柔性材料在所述多芯光纤上进行多次涂覆，形成涂覆后多芯光纤。

21、优选的，在所述涂覆后多芯光纤末端贴合性质稳定的刚性晶体，与多芯光纤、柔性腔体构成高度集成的多个法布里-珀罗干涉结构。

22、与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

23、本申请光纤探头由多芯光纤、柔性材料、刚性晶体制成，可实现高集成，高空间分辨率，高灵敏度的流速矢量测量；本申请利用pdms不溶于水，性质稳定，且具有弹性的特性，提高光纤探头的灵敏度，适用于恶劣环境。同时，采用高硬度晶体贴合于pdms末端，与多芯光纤、pdms形成高度集成的多个法布里-珀罗干涉结构(f-p腔)结构，增加了光纤探头的灵敏度。多芯光纤内部通过形成多个f-p腔结构，可同时测量流速的大小和方向，实现高度集成、高空间分辨率流速的矢量测量。

技术特征：

1.一种基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，包括：发射单元、接收单元和信号处理单元；

2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，所述发射单元包括：光源模块和通信模块；

3.根据权利要求2所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，所述接收单元包括：光纤环路器、光纤探头、多芯光纤扇入扇出装置和接收终端；

4.根据权利要求3所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，所述信号处理单元包括：光电探测器、a/d数据采集单元和微处理器；

5.根据权利要求3所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，所述光纤探头与所述多芯光纤扇入扇出装置为整体，所述多芯光纤扇入扇出装置的输出端连接到所述光纤环路器一端的接口。

6.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，所述光纤探头由多芯光纤构成。

7.根据权利要求6所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，利用性质稳定的柔性材料在所述多芯光纤上进行多次涂覆，形成涂覆后多芯光纤。

8.根据权利要求7所述的基于多芯光纤的矢量流速传感器，其特征在于，在所述涂覆后多芯光纤末端贴合性质稳定的刚性晶体，与多芯光纤、柔性腔体构成高度集成的多个法布里-珀罗干涉结构。

技术总结
本申请公开一种基于多芯光纤的矢量流速传感器，包括：发射单元、接收单元和信号处理单元。发射单元用于提供光源和远距离通信；接收单元用于对光源进行传递、调制和转化；信号处理单元用于光电信号转换和解调。其中光纤探头由多芯光纤、柔性材料、刚性晶体组成。通过在光纤端部多次涂覆性质稳定的柔性材料，再在其末端贴合刚性晶体，形成多个法布里‑珀罗干涉结构(简称F‑P)。通过解调探头感知的多路光信号，建立与流速间的关系，通信模块传送信号，终端设备接收最终显示流速结果。本申请除具备全光纤流速传感器体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀特点，可同时测量流速大小和方向，实现高灵敏度、高度集成、高空间分辨率、远距离通信的流速矢量测量。

技术研发人员：王冠军,杨茜,黄梦醒,薛晨阳,沈重,王咸鹏
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13