[发明专利]一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器

权利要求书

1.一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：所述风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器由2#光纤Bragg光栅（1）、1#等强度悬臂梁（2）、3#光纤Bragg光栅（3）、2#风杯（4）、4#光纤Bragg光栅（5）、1#风杯（6）、插槽（7）、防风罩顶端长方形开口（8）、1#光纤Bragg光栅（9）、防风罩（10）、凸台底座（11）、凸台上半部（12）、光纤引出孔（13）、咬合式压片（14）、6#光纤Bragg光栅（15）、3#风杯（16）、5#光纤Bragg光栅（17）、2#等强度悬臂梁固定螺纹孔（18）、1#等强度悬臂梁固定螺纹孔（19）、3#等强度悬臂梁固定螺纹孔（20）、弹簧式压片（21）、固定螺栓（22）、风杯反面（23）、风杯正面（24）、风杯侧棱（25）、输入输出光纤（26）、2#等强度悬臂梁（27）和3#等强度悬臂梁（28）组成，1#风杯（6）、2#风杯（4）和3#风杯（16）互成120°角， 1#风杯（6）中心轴线垂直于正北方；1#风杯（6）、2#风杯（4）和3#风杯（16）的风杯侧棱（25）开槽至风杯中心，并在风杯中心处分别与三个等强度悬臂梁自由端连接，1#等强度悬臂梁（2）、2#等强度悬臂梁（27）和3#等强度悬臂梁（28）采用螺旋上升式通过固定螺栓（22）和弹簧式压片（21）固定于凸台上半部（12），1#光纤Bragg光栅（9）、2#光纤Bragg光栅（1）耦合后对称粘贴于1#等强度悬臂梁（2）正反表面的中心轴线上，3#光纤Bragg光栅（3）、4#光纤Bragg光栅（5）耦合后对称粘贴于2#等强度悬臂梁（27）的正反表面中心轴线上，5#光纤Bragg光栅（17）、6#光纤Bragg光栅（15）耦合后对称粘贴于3#等强度悬臂梁（28）的正反表面中心轴线上，3个等强度悬臂梁的6支光纤Bragg光栅通过输入输出光纤（26）在凸台底座（11）内耦合，输入输出光纤（26）通过咬合式压片（14）固定于凸台底座（11）上，最后输入输出光纤（26）经光纤引出孔（13）连接于光纤光栅信号解调仪。

2.按照权利要求1所述的一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：1#光纤Bragg光栅（9）、3#光纤Bragg光栅（3）和5#光纤Bragg光栅（17）为测量光栅，2#光纤Bragg光栅（1）、4#光纤Bragg光栅（5）和6#光纤Bragg光栅（15）为温补光栅。

3.按照权利要求1所述的风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：输入输出光纤（26）由绝缘耐压耐高温材质封装。

4.按照权利要求1所述的一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：防风罩（10）套在等强度悬臂梁上，不与悬臂梁接触，由螺栓（22）和弹簧压片（21）固定于凸台上半部（12），且防风罩（10）顶端处留有长方形开口（8）。

5.按照权利要求1所述的一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：1#风杯（6）、2#风杯（4）和3#风杯（16）均为正反双凹球面式，每个风杯的正反两个球面中心轴线与水平面平行。

6.按照权利要求1所述的一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，其特征是：3个风杯将受到的风阻分别传递到等强度悬臂梁的自由端，风阻引起粘贴在等强度悬臂梁正反表面中心轴线上的光纤Bragg光栅发生波长移位，分别测出3组光纤Bragg光栅波长移位量                                                、、，利用公式：，计算出风向角的正切值，再根据反三角函数公式计算出风向角，最后代入，求得风速值，可以实现对风速和风向同时进行实时监测，其中,为1#风杯的光纤Bragg光栅中心波长，为2#风杯的光纤Bragg光栅中心波长，为1#风杯的光纤Bragg光栅中心波长移位量，为2#风杯的光纤Bragg光栅中心波长移位量，为风速，为等强度悬臂梁的杨氏模量，为等强度悬臂梁固定端宽度，为等强度悬臂梁厚度，为等强度悬臂梁长度，为光纤有效弹-光系数，为风杯阻尼系数，为风杯的杯口投影面积，为空气密度。