一种基于应力敏感的光纤布拉格光栅流量计.pdf

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1、应倩雯等:一种基于应力敏感的光纤布拉格光栅流量计10《激光杂志》2017年第38卷第4期LASEＲJOUＲNAL(Vol.38，No.4，2017)一种基于应力敏感的光纤布拉格光栅流量计1112应倩雯，张玲芬，陶卫东，胡雪芳(1．宁波大学理学院，浙江宁波315211;)2．宁波大学信息学院，浙江宁波315211摘要:利用光纤布拉格光栅(fiberBragggrating，FBG)对应力敏感，设计了一种流量传感装置。置于流体中的靶片感受到流体的冲击力，使FBG发生轴向应变，从而引起FBG反射谱发生变化，可用于一定范围内

2、对液体流量的实时测量。理论分析和实验结果显示Bragg波长改变量与流量呈现良好的平方关系，进行二项式拟－1合，其相关系数为0.996。该FBG流量计结构简单，操作方便，在最大流量处的灵敏系数为5.31L·min/nm，－1－1精度系数为0.11L·min，测量范围为0～4.5L·min。关键词:光纤布拉格光栅;传感器;应力;流量中图分类号:TN253文献标识码:ADOI编码:10.14016/j．cnki．jgzz.2017.04.010AfiberBragggratingflowmeterbasedonstress

3、change1112YINGQian－wen，ZHANGLing－fen，TAOWei－dong，HUXue－fang(1．FacultyofScience，NingboUniversity，Ningbo315211，China;)2．CollegeofInformation，NingboUniversity，Ningbo315211，ChinaAbstract:AflowsensingdeviceisdesignedusingfiberBragggrating(FBG)stresssensitivity．Theim

4、pactsensedbythetargetplacedinthefluidunderdifferentflowrateleadstoFBGaxialstrainandresultinchangesofFBG’sre-flectionspectrum．Itcouldbeusedonreal－timemeasurementofliquidflowincertainrange．TheoreticalanalysisandexperimentalresultsexplainedagoodsquarerelationofBra

5、ggwavelengthshiftandtheflowrate．Thecorrelationcoeffi-cientis0.996accordingtobinomialfitting．Theflowmeterhassimplestructureandconvenientoperation．Atmaximum－1－1alow，thesensitivityis5.31L·min/nm，theprecisionis0.11L·minandthemeasurementrangeis0～4.5L·－1min．Keywords:

6、fiberBragggrating;sensor;stress;flowrate光纤光栅是近年来出现的一种性能优良的光学流量是工业生产、环境监测、运输计量中的一个无源器件，具有柔软性好、精度高、抗电磁干扰强和易非常重要的指标。使用最早、应用最广的流量计是机于加工等优良物理性能。它是利用光纤材料的光敏械式的和电磁式的，但往往会受到环境、体积的限制，性在光纤纤芯上建立的一种空间周期性折射率分布，有测量误差较大、易受电磁干扰、使用成本较高、测量其作用在于改变或控制光在光纤中的传播行为和方范围小等缺点。FBG流量计则是利用流

7、量的变化使式。其中光纤布拉格光栅(fiberBragggrating，FBG)FBG反射光波长发生变化，它不受电磁干扰、环境对对温度和应力极为敏感，通过检测FBG反射波长的波长的影响很小、尺寸小、重量轻，使得光纤光栅流量［9－13］变化反映外界温度和应力的变化，能够有效地监测温计成为近几年的研究热点。目前国内外学者对度、应力、形变等物理量。其工作原理是在满足相位光纤光栅流量传感器作了大量研究，但大多结构较匹配的条件下，使共振波长模式之间发生耦合来达到为复杂，信号提取较为困难。本文提出一种基于应力波长的选择。光纤光栅传

8、感器就是依此原理发展起敏感的光纤布拉格光栅流量计，它是利用FBG对应来的一种波长调制型光学传感器，光纤光栅传感技术力敏感设计而成，将圆形靶片置于流体中，感受与流已经被广泛应用于建筑结构、航空航天以及科学研究体流量成确定关系的水流的冲击力，引起光纤光栅的等诸多领域，特别适合在易燃易爆等复杂环境下的实Bragg波长发生位移，通过测量FBG的波长变化