干涉型光纤传感器在圆形管道内流体流速的测量研究

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随着光纤传感器在各种领域中的迅速发展,不同类型管道内的流体流速测量方法也在不断变革。本文针对微型圆管道内的流体流速测量进行了研究:1、概括分析了几种干涉型光纤传感器的基本原理,并举例介绍了它们在流体流速测量领域中的典型应用,为所提出的干涉型光纤流速传感器提供理论基础。2、提出并设计了一种基于法布里珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉原理的流速测量传感器,利用单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)端面和聚合物薄膜作为FP腔的两个反射镜面。把传感器分别从圆管道的径向和轴向方向插入管道中来感测流体的流速变化,结合伯努利定理,通过分析其反射光谱最终实现对圆管道内流体流速的测量。相比于利用传统的水膜、银膜、硅膜等薄膜作为反射镜的干涉型光纤流速传感器,本实验中选取的聚合物薄膜(PVC和PC)不仅简单易得,还具有低弹性模量和良好的光学特性等优点,因此制作成本大大降低,还提高了此传感器感测流速变化的灵敏度,同时也可以获得较大的输出光强对比度。测量实验结果证明所设计的FP传感器通过两个方向上对圆管道内流体流速的测量均达到了较高的灵敏度和线性度。3、设计了一种基于FP干涉原理的靶式测量流速的传感器。同样利用聚合物薄膜与SMF端面作为FP腔的两个反射镜,而在本章节中选取了塑料弹性材料用来感测流速的变化。将传感器进行圆管道内流体不同流速的测量,通过分析其反射光谱的变化,实现了较高的流速测量灵敏度,同时我们将此传感器与基于圆管道动压的流速传感器测量结果进行了对比分析与总结。相比于传统的流速测量传感器,本次实验所设计的靶式测量流速传感器不仅易于实现,还具有非接触式,灵敏度高,低成本等优点,对于微型管道内流体流速的测量研究可以提供一定的参考。
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