[發明專利]一種光纖布喇格光柵風向傳感系統及風向計算方法

有效

• 申請號: 201310238120.0
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103344782A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 馬國明;李成榕;穆瑞鐸;江軍;左健;王亮
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01P13/04
• 分類號: G01P13/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于在線監測技術領域，尤其涉及一種光纖布喇格光柵風向傳感系統。

背景技術

架空輸電線路覆冰造成導線斷線、桿塔倒塌、絕緣子閃絡等事故，給社會造成了巨大的經濟損失。對架空輸電線路進行覆冰狀態的在線監測可以實時獲得輸電線路覆冰狀況，提前調度電網負荷，啟動融冰設備，有效避免災害的發生。現有覆冰在線監測方法主要有氣象法、圖像監控器法、導線溫度傾角法和稱重法。其中應用最廣泛的是稱重法，在這種方法中稱重傳感器測量結果是冰荷載和風荷載之和，風向對覆冰會起到很大的影響作用，因此為了更準確的獲得輸電線路覆冰情況需要對風荷載進行監測。

以前，人們利用純機械的裝置來測量，例如，眾所周知的利用風向標來測量風向。雖然這種方法也能得到良好的結果，但這些機械裝置因具有移動部件而易磨損，體積較大，價格昂貴，需要經常維護，且數據無法傳輸出來，近些年來，主要的測量風向的方法有以下幾種：

（1）利用成熟的CMOS集成電路制造工藝及其新興的MEMS體加工工藝技術來研制硅熱流量傳感器，這種傳感器一般都是用熱溫差的原理測量風向。

（2）以格雷碼盤和光電管為技術核心的風向傳感器。

（3）通過熱敏電阻溫度變化轉換會阻值和電壓的變化來測風向。

（4）基于流體力學原理，利用風力對四個方向的電容極板的擠壓來測風向。

（5）基于電磁感應原理，在風的作用下，固定在轉動盤上的磁鋼體會與定位盤上的霍爾元件發生電磁感應，經過高低電平編碼組合即可測出風向。

（6）時差法超聲波風速風向儀來測風向。

（7）基于圓柱繞流的理論分析給出圓柱體周邊壓強分布方程，并基于MEMS的固態風速風向傳感器。

現有風向傳感器測量結果需要通過無線方式傳遞給監控中心，由于易覆冰區多位于山谷，無線通信信號不穩定，導致風向測量結果無法傳輸。

發明內容

針對上述背景技術中提到現有風向監測系統的不足，本發明提出了一種光纖布喇格光柵風向傳感系統。

一種光纖布喇格光柵風向傳感系統，其特征在于，所述傳感系統包括導風板、重錘、轉軸、支柱、N個彈片、壓板、底座、N個傳感光纖布喇格光柵和數據處理子系統；

其中，轉軸垂直布置在底座的中心，導風板的中部通過螺絲固定在轉軸頂部，導風板的頭部通過螺絲與重錘相連；支柱與轉軸下部垂直固定，且與底座平面平行；所述彈片上端空置，下端被壓板固定在底座上，通過圓球與支柱接觸；所述1-N個彈片均勻布置在底座上；所述光纖布喇格光柵橫向固定在彈片上，通過光纖串聯后與數據處理子系統連接；

所述導風板用于傳感風向；所述重錘用于導流空氣；所述轉軸用于將導風板的方向傳遞給支柱；所述支柱在導風板所在平面，且與底座平面平行，用于撥動彈片；所述光纖布喇格光柵用于根據彈片的彎曲程度形成方波脈沖；所述數據處理子系統用于獲得彈片上光纖布喇格光柵的波長，并將其轉化為風向。

所述底座包括螺絲孔，風向傳感系統通過螺絲孔固定在桿塔上。

所述彈片采用的材料為鈹青銅。

一種光纖布喇格光柵風向傳感系統的風向計算方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1：將風向傳感系統彈片上的光纖布喇格光柵FBG順時針標記為1，2…N，分別對應相應的彈片，并將標記為1的彈片朝向正北；

步驟2：設定含有三個元素的數組D，將出現波長方波脈沖的光纖布喇格光柵FBG標號按倒序放入數組D中，包括D(1)、D(2)和D(3)；其中D(1)為最后通過的光纖布喇格光柵FBG的編號，其編號為X；

步驟3：判斷是否滿足D(1)<D(2)，若判斷結果為真，則風向指針在X與X+1之間，否則判斷是否滿足D(1)>D(2)，若判斷結果為真，則風向指針范圍在X與X-1之間，否則判斷是否滿足D(2)<D(3)，若判斷結果為真，則風向指針范圍在X與X+1之間,否則判斷是否滿足D(2)>D(3)，若判斷結果為真，則風向指針范圍在X與X-1之間，否則風向指針為X；當X-1為0時，風向指針范圍為1和N之間，當X+1=N+1時，風向指針范圍為N和1之間；

步驟4：將得到的風向指針范圍的兩端分別代入計算風向指針順時針偏離正北的角度的公式中，得到風向指針偏離正北的風向角度范圍；

步驟5：數據處理子系統通過風向角度與方向的對應關系，得到風向范圍。

所述計算風向指針順時針偏離正北的角度的公式為：