[发明专利]一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，属于光电子测量技术领域。

背景技术

风速和风向参数是所有气象观测的基本要素中随时间变化最剧烈且最重要的要素之一，在航空航天、工农业生产和气象等领域应用广泛。目前世界上风速风向传感器种类众多，按输出量来分，风速传感器主要有脉冲计数、模拟量、偏转角、数字信号等，风向传感器主要有开关量、模拟量、格雷码等，这些传感器涉及到的测量方法主要包括旋转、压力、热线、漩涡和声学等。而在实际使用中发现这些传感器在抗电磁干扰、电绝缘性能、维护周期、抗环境温度干扰、机械性能、测量间隔、通信信号稳定性等方面普遍存在问题。

与本发明接近的技术是输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统（参见文献：李成榕，马国明，“输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统”，发明专利说明书，2010年12月，申请号：201010621828.0，申请公布号：CN102175888A）。该发明采用平面受压板、直线轴承、悬臂梁和光纤光栅的结构，及4个传感器按正交坐标系处于同一水平面的布置方式对风速风向进行测量。由于采用平板结构，风阻由受压板到悬臂梁的传递易受风速、风向及风内杂质的影响；采用直线轴承结构及正交坐标系的布置方式，传感器受轴承摩擦力影响所产生的迟滞较大，存在卡滞现象隐患，传感器测量精度和灵敏度较低；4个传感器按正交坐标系的方式布置于同一水平面，互相遮挡，每个风杯在测量时都会受其它风杯产生的尾流影响，传感器测量精度和灵敏度受空气湍流的影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器，利用光纤光栅信息材料体积小、成本低、非电量传感传输、高精度、抗电磁干扰和使用寿命长等特殊物理属性，实现铁路港口装卸机械、高层建筑、塔吊、大桥、机场、电厂、铁塔、矿山、高层设备、船舶、气象等风荷载警报控制单位的风速风向实时在线监测，抗干扰性强，准确度高。

为实现本发明的上述目的，所采取的技术方案是：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。

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。

输入输出光纤26由绝缘耐压耐高温材质封装。

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。

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。