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传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies）
2017年第36卷第4期
DOI:10. 13873/J. 10009787(2017)04007802
变宽度悬臂梁的FBG流速传感器
黄风勤，江阳，田晶，白光富，吴廷伟
（贵州大学物理学院，贵州贵阳550025）
摘要：通过对光纤传感器进行设计，提出了一种基于变宽度悬臂渠的光纤（Bragg）光栅（FBG）流速传感器。传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBC构成，悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计，传感头两部分之间的衡接不需要用销子固定，整个传感头浑然一体，无额外附加重量，制作方法筒易，且实验设置参考光栅，实验结果不受温度变化的影响。实验表明：传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系，传感器的灵敏度为0.025m/s。可测流速范围为0~2m/s，传感器不
仅实现了对温度的补偿，而且提高了测量精度、灵敏度。关键词：光纤Brag光栅（FBG）；悬臂梁；流速传感器
中图分类号：TN043
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2017)04-0078-02
FBGflow velocity sensor based on cantilever with variable width
HUANG Feng-qin, JIANG Yang, TIAN Jing, BAI Guang-fu, WU Ting-wei(Institute of Technology Physics,Guizhou University,Guiyang 550025,China）
Abstract : A fiber Bragg grating( FBC) flow velocity sensor based on cantilever with variable width is proposed. By design,the flow velocity sensor which induces the cantilever structure which is made of stainless steel materials and FBG which is tied in the special space of the cantilever. The cantilever structure consists of rectangle and trapezoid and the two parts do not need peg to fix them on ,the head of the designed sensor do not need to add any other weight,and the fabrication method is easy, These is a reference FBG, and the experimental results are not affected by temperature changes. Experimental results indicate that there exist a good linear relationship between the drifting of the wavelength of the FBG and flow velocity. Sensitivity of the proposed sensor is, and the measuring range of flow velocity sensor is 0 ~2 m/s approximately. The sensor not only realize compensation of temperature, but also improve measurement precision and sensitivity
Key words: fiber Bragg grating( FBG) ; cantilever; flow velocity sensor
0引言
在石油化工、航空航天、医药、能源计量、环境监测等工业生产过程以及人们的目常生活中，流速和流量都是重要的参量。流速、流量传感器是流体参量检测过程中不可缺少的装置。使用最早的流速传感器是机被转子式"的，这种传感器技术较为成熟，由于机械结构的限制，其测量结果误差大、精度低。后续出现了采用超声波技术的流速测量仪【")、采用电磁波技术的流速测量仪"]以及采用声学多普勒效应的流速测量仪等，然这些装置测量精度相对较高，但由于其制造成本也比较高，而且很容易受到电磁干扰的影响。光纤Bragg光栅（fiberBragggrating，FBG）广泛应用于传感领域(+5)，杨激连("]等人利用双FBG设计了流速传感器，很好地实现了温度补偿，但是其设计较为复杂，且传
感头用销子固定存在附加重量。蒋善超*1利用FBG设计了流速和温度共采的涡轮流速传感器，该传感器实现了多参数同时测量，但其结构复杂，制作条件要求高。
本文以FBG为敏感元件，提出一种基于变宽度悬臂架的FBG流速传感器，悬臂梁的设计采用梯形和矩形相结合的结构，整个组合悬臂梁是一个整体，矩形和梯形之间不需要用销子固定，无附加重量。采用悬臂梁组合结构，将悬臂梁的矩形大面积端置于待测流体中时，流体流速的冲击力作用在流体中悬臂架的这一端，对矩形迎流面的冲击力将转换成等腰梯形等强度悬臂染自由端的挠度变形，使得粘贴在悬臂梁中轴线的FBG波长产生漂移，根据Bragg波长漂移量，可得流速信息，测得流速信号。传感探头体积小，防水性能好，制作简易，基于全光信号设计，可对管道、裂隙
收稿日期：2016-06-21
*基金项目：责州省光子科学与技术创新人才团队项目[（2015)4017]；贵州大学研究生创新基金资助项目(2016014)；贵州省社会发展公关项目（2013)3125]；贵州省科技合作计划项目（科合LH字[2016]7426号）