一种基于FBG光纤传感器的矢量流速实时监测系统、制备方法和使用方法

本发明属于光纤传感，尤其涉及一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统、制备方法和使用方法。

背景技术：

1、水下矢量流速检测是一项应用于水文、军事等领域的关键测量技术，通常用于了解水体中水流的方向和速度。在水文领域通过分析矢量流速可以帮助理解水体的运动规律，例如河流、湖泊或海洋中不同区域的流速变化。此外将收集到的矢量流速数据进行整理、分析和解释，可以更好地理解和预测水体运动的特性。在军事领域此项测量任务具有重要地位，如潜艇的导航和避撞、水下声呐探测和目标识别、水下航道管理和交通管制、水下武器系统性能评估等。总的来说水下矢量流速的准确检测对于理解水体运动的动力学过程至关重要。目前水下流速的检测通常借助多种技术手段，包括声学测量、激光多普勒测量、电磁感应灯。然而目前流速检测方法无法实现矢量流速点监测，且成本高、响应时间慢、无法长时间工作。

2、光纤传感器因小型化、低成本、抗电磁干扰、高灵敏度等优势收到研究人员的广泛关注。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监系统，包括fbg光纤、六面立体基座、fbg解调仪、光纤耦合器、矢量流速转化模块、；

2、所述六面立体基座设置在水面下；

3、在所述六面立体基座的其中任意五个面上嵌有所述fbg光纤的受力扩展薄膜，所述受力扩展薄膜于固定并带动fbg光纤发生形变；

4、所述六面立体任意五个面fbg光纤，构成三维立体矢量坐标面，进而实现检测流场空间内的矢量流速；

5、所述光纤耦合器，用于将述六面立体基座五个面的fbg光纤汇成一束，实现光耦合；

6、所述fbg解调仪，用于对所述光纤耦合器光耦合后的光纤进行解调，测量fbg光纤的中心波长；

7、所述矢量流速转化模块，用于将所述fbg解调仪测量的fbg光纤的中心波长变化信息进行存储和处理，转化成矢量流速。

8、进一步地：所述fbg光纤为商用单模光纤及商用fbg传感元件。

9、进一步地：所述六面立体基座水平面的fbg光纤与竖直面的fbg光纤相垂直。

10、一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统的制作方法，包括如下步骤：

11、步骤一：制作一个厚度为1mm的正方形凹槽，其凹槽尺寸40mm*40mm的正方形，并在凹槽两端的0.5mm高度各开个直径0.1mm的圆形孔；

12、步骤二：将econflex系列铂金硅胶中的ab胶采取1：1的比例取出，并充分搅拌均匀后经过真空加热箱去除其中的气泡；

13、步骤三：先将fbg光纤通过圆形孔悬挂于凹槽中，在将混合好的胶均匀倒入凹槽中，在25℃下静止3到4小时用于硅胶固化；

14、步骤四：将固化好嵌有fbg的受力扩展薄膜通过胶粘贴在中空正方形基座五个面上并确保每个面的初始松紧状态一样；

15、步骤五：将五根fbg光纤熔接到1*5光纤耦合器上，用于连接到fbg解调仪。

16、一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统的使用方法，包括如下步骤：

17、步骤一：打开fbg解调仪电源，连接耦合器以及电脑，打开电脑监测软件获得多通道fbg初始光谱；

18、步骤二：将已将被嵌有fbg光纤的受力扩展薄膜覆盖好的六面立体基座放入被测流域；

19、步骤三：当fbg光纤所处流场发生变化时，监测到多通道fbg光谱发生变化，并记录每个通道的实时波长变化；

20、步骤四：基于变化的波长计算重构出实时矢量流速。

21、本发明提供的一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统及其制备方法和使用方法，本发明专利基于光纤传感器的上述优点，结合柔性材料，借助于光纤及柔性材料的特性，可以实现高精度测量和快速反复测量，并且最大优势在于能够实现矢量流速的检测。为光纤传感技术在水下的应用拓宽了空间为此，设计一款将fbg光纤与柔性材料结合并通过解调仪分析出光纤波长，该监测系统通过监测fbg光纤中心波长的变化分析出矢量流速，利用fbg光纤的灵敏性和柔性材料的恢复性和柔韧性来实现矢量流速的高灵敏度、低成本、实时测量。

22、本装置具有能检测矢量流速、体积小、稳定性好、使用寿命长、灵敏度高、可远距离传输、波长可复用性等优良性能。

技术特征：

1.一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监系统，其特征在于：包括fbg光纤、六面立体基座、fbg解调仪、光纤耦合器、矢量流速转化模块、；

2.根据权利要求1所述的一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监系统，其特征在于：所述fbg光纤为商用单模光纤及商用fbg传感元件。

3.根据权利要求1所述的一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监系统，其特征在于：所述六面立体基座水平面的fbg光纤与竖直面的fbg光纤相垂直。

4.一种权利要求1～3其中任一项所述一种基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.一种根据权利要求1～4其中任一项所述的基于fbg光纤传感器的矢量流速实时监测系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明一种基于FBG光纤传感器的矢量流速实时监测系统、制备方法和使用方法，系统包括FBG光纤、六面立体基座、FBG解调仪、光纤耦合器、矢量流速转化模块；在六面立体基座的其中任意五个面上嵌有所述FBG光纤的受力扩展薄膜，受力扩展薄膜于固定并带动FBG光纤发生形变；六面立体任意五个面FBG光纤，构成三维立体矢量坐标面；光纤耦合器，用于将述六面立体基座五个面的FBG光纤汇成一束，实现光耦合；FBG解调仪，用于对所述光纤耦合器光耦合后的光纤进行解调，测量FBG光纤的中心波长；矢量流速转化模块，用于将所述FBG解调仪测量的FBG光纤的中心波长变化信息进行存储和处理，转化成矢量流速。本装置具有能检测矢量流速、体积小、稳定性好、使用寿命长、灵敏度高。

技术研发人员：陈诗蒙,杨航,张潮,王佳慧,宋永欣
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29