[實用新型]風杯式光纖風速檢測儀及風速探頭

有效

• 申請號: 201120292623.2
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN202230099U
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 倪家升;王昌;寧雅農;王紀強;雷濤;孫智慧;張曉磊;閔力
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01P5/04
• 分類號: G01P5/04;G01P1/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

技術領域

本實用新型涉及一種低成本高精度的風速儀，尤其涉及一種風杯式光纖風速檢測儀。

背景技術

風能是一種可再生、無污染的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的，而且儲量十分豐富。據估計，全球可利用的風能總量在53000TW·h/年。風能的大規模開發利用，將會有效減少石化能源的使用、減少溫室氣體排放、保護環境。大力發展風能已經成為各國政府的重要選擇。

風電場選址往往在沙漠、沿海等偏遠地區，電力、交通等設施都不健全，因此在風速檢測裝置安裝時必須考慮到布線、遠程檢測問題，傳感器安裝受到最大的制約也是地理位置以及供電等問題。目前國內針對風速檢測的電子產品研究比較多，但是這些產品依賴于供電、太陽能等，信號傳輸、抗干擾能力和長期穩定性也存在難以克服的問題。

目前常用風速風向檢測手段有：畢托管測風速、熱線熱膜測風速風向、超聲波測風速風向、機械式傳感器測風速風向等。這些傳感器均需要在當地進行供電，很難滿足遠距離傳輸，特別是幾公里甚至幾十公里遠的在線檢測。

光柵式光纖風速儀（申請號：201010135453.7）能夠滿足遠距離傳輸，是光纖傳感技術在風速檢測上的一次成功應用，但是實際使用中發現其檢測精度不夠高。傳統風杯式風速儀采用線圈切割磁力線的方式，一般電信號每1.5個脈沖信號代表1m/s的風速，同樣光柵式光纖風速儀（申請號：201010135453.7）在風杯轉動一圈時為一個方波脈沖光信號，因此二者精度均不高。

風速傳感器有杯形和翼形兩種。風杯風速計感應部分一般由三個半球形或拋物錐形空心杯殼組成，杯殼固定在互成l20度的三叉型支架上。杯的凹面順著一個方向排列，整個橫臂架固定在一根垂直的旋轉軸上。在風力作用下風杯受到扭力矩的作用而開始旋轉，它的轉速和風速成一定的關系。當風杯轉動時，通過多齒轉盤下面的光敏三極管狀態就能得到與風杯轉速成正比的頻率信號，經換算即可得出實際風速值。

然而以上檢測方式都有很大的弊端，畢托管式對狂風測不準，儀器本身對流場會產生擾動，全壓孔需正對風向，不利于測量自然風，不能遠程監測；熱膜熱偶式傳感器在高風速時誤差明顯增大，用溫度測量相應時間較長，三角函數法測量風向，受風速大小影響，而且也不能遠程監測；超聲波法檢測風速優點是無慣性測量，但是信號較弱，大風造成信號大幅度衰減，逆風信號捕捉困難，也不能遠程檢測；機械式檢測，線性關系好，抗強風能力強，響應快、精度好，但是怕雷擊和電磁干擾，遠程檢測時需要中繼站和供電措施，不利于遠程檢測。

發明內容

本專利采用光纖傳感技術，大大增加了傳感器的傳輸距離，當地無需供電，采用低成本器件極大地降低了傳感器成本，采用碼盤斬波結構，提高了檢測精度。

一種風杯式光纖風速檢測儀，它包括激光器以及與之光連接的光纖耦合器和風速儀探頭，光纖耦合器還與光電探測器光連接，光電探測器與信號處理電路電連接，其特征是所述風速儀探頭包括轉軸以及共同設置于轉軸上的風杯和碼盤，靠近碼盤邊緣設置至少一個通光孔，在碼盤上下兩側正對通光孔設置光纖準直器和相應的反射鏡。

本方案的具體特點還有，激光器是F-P激光器、DFB激光器或者寬帶光源。對波長以及帶寬沒有太大要求，激光能夠滿足在光纖中長距離傳輸的均可以采用。

所述通光孔在碼盤上均勻設置一圈，全部通光孔圓心位于以轉軸軸心為圓心的同心圓上，準直器發出的光線與同心圓所在平面垂直并與同心圓圓周相交。所述碼盤上的通光孔數目為100個。

一種風速探頭，它包括轉軸，其特征是在靠近設置于轉軸上的碼盤邊緣碼盤邊緣設置至少一個通光孔，在碼盤上下兩側正對通光孔設置光纖準直器和相應的反射鏡。

本方案的具體特點還有，在轉軸上設置有風杯。

所述通光孔在碼盤上均勻設置一圈，全部通光孔圓心位于以轉軸軸心為圓心的同心圓上，準直器發出的光線與同心圓所在平面垂直并與同心圓圓周相交。所述碼盤上的通光孔數目為100個。準直器發出的光線與同心圓所在平面垂直并與同心圓圓周相交。這樣才能夠使得碼盤轉動時形成對激光的斬波效果。

碼盤在轉動時，會使得發射回的激光強度發生變化，經過光電轉換后形成一些列方波，方波的個數或者方波的周期直接與風速相關，因此可以計算出風速值。