[發明專利]一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器

無效

• 申請號: 201410121754.2
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103913592A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 昌明;梁仕斌;曹敏;楊晴;高尚飛
• 申請（專利權）人: 云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院;云南電網公司技術分公司;昆明能訊科技有限責任公司
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02;G01P13/02
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

????本發明屬于光電技術監測領域和氣象環境監測領域，涉及一種采用光纖Bragg光柵對環境風速和風向進行監測的新型傳感器。

背景技術

????傳統的電學傳感器，在復雜的電磁環境下易受到干擾，且測量和通訊離不開電源。而光纖Bragg光柵傳感器使用光柵自身特性進行測量，不受電磁干擾，且不需要電源，能夠實現無源測量。目前采用光纖Bragg光柵對環境風速和風向進行測量的裝置，通常采用的是機械旋轉結構，傳感器壽命較短，可靠性較差。

發明內容

????本發明的目的在于提供一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器，以提高目前基于光纖傳感技術的風速風向傳感器的可靠性。

????本發明的目的是這樣實現的。

????一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器，本發明特征是：傳感器包括圓柱形金屬外殼和上下頂蓋，上下頂蓋之間采用四個連接桿進行固定，且上下頂蓋內部刻有凹槽，確保圓柱形金屬外殼在凹槽限定的范圍水平移動；傳感器內部中央有一圓柱，上方固定Bragg光柵應力傳感器，四根交叉成十字的金屬連接桿將金屬外殼和Bragg光柵應力傳感器連接固定。

其中，所述的Bragg光柵應力傳感器，特點是內部采用四組互相垂直放置的結構材料一致的等懸臂梁，每組等懸臂梁表面粘貼有用于測量應力變化的Bragg光柵A，同時另設有一組Bragg光柵B粘貼于與等懸臂梁外形和金屬材料一致的金屬件表面上，用于測量材料溫度，補償應力算法。

在風力的作用下，傳感器的圓柱形金屬外殼產生位移，通過四根交叉成十字的金屬連接桿將位移的應力傳遞給Bragg光柵應力傳感器，Bragg光柵應力傳感器內部的四組等懸臂梁受到應力后產生形變，使粘貼于等懸臂梁表面的Bragg光柵發生形變，Bragg光柵反射的光學信號特征也隨之改變。同時，利用不受應力影響的Bragg光柵消除溫度對Bragg光柵反射的光學信號特征的影響。由于每組Bragg光柵的光學信號與風速大小是有相關關系的，通過對光學信號進行解調，能夠計算得出風速數值；由于互相垂直的兩組等懸臂梁測量到的兩組風速，方向互相垂直，能夠進行矢量分解得出風向角度；由于互相平行的兩組等懸臂梁測量到的兩組風速，數值一樣方向相反，能夠形成互相校驗機制，進一步提高傳感器準確性。

本發明的有益效果是：

1、傳感器性能可靠：本發明通過測量風壓應力獲取環境風速值，無機械旋轉結構，不需要電源，不受電磁干擾影響，傳感器性能可靠性；

2、傳感器準確性高：Bragg光柵應力傳感器中，互相平行的兩組等懸臂梁能夠校正測量的風速，確保傳感器的高準確性；

3、傳感器整合性好：Bragg光柵應力傳感器中，互相垂直的兩組等懸臂梁能夠分解風向，將風速和風向測量合二為一，結構簡單，易于維護。

附圖說明

圖1為本發明的一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器的俯視剖面結構示意圖；

圖2為本發明的一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器的側視剖面結構示意圖；

圖3為本發明的一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器中Bragg光柵應力傳感器的俯視結構示意圖。

具體實施方式

參考附圖1和附圖2所示，本發明的一種基于光纖Bragg光柵的應力式風速風向傳感器，包括圓柱形金屬外殼101和上下頂蓋102，上下頂蓋102之間采用四個連接桿103進行固定，且上下頂蓋內部刻有凹槽104，確保圓柱形金屬外殼在凹槽限定的范圍水平移動；傳感器內部中央設有一圓柱105，上方固定Bragg光柵應力傳感器106，四根交叉成十字的連接桿107將金屬外殼101和Bragg光柵應力傳感器106連接固定。

參考附圖3所示，所述的Bragg光柵應力傳感器106，特點是內部采用四組互相垂直放置的結構材料一致的等懸臂梁201，每組等懸臂梁表面粘貼有用于測量應力變化的Bragg光柵A?202，同時另設有一組Bragg光柵B?203粘貼于與等懸臂梁外形和材料一致的金屬件204上，用于測量材料溫度，補償應力算法。

在風力的作用下，傳感器的圓柱形金屬外殼101產生位移，通過四根交叉成十字的金屬連接桿107將位移的應力傳遞給Bragg光柵應力傳感器106，Bragg光柵應力傳感器內部的四組等懸臂梁201受到應力后產生形變，使粘貼于等懸臂梁表面的Bragg光柵A?202發生形變，Bragg光柵A?202反射的光學信號特征也隨之改變。同時，利用不受應力影響的Bragg光柵B?203消除溫度對Bragg光柵A?202反射的光學信號特征的影響。由于每組Bragg光柵A?202的光學信號與風速大小是有相關關系的，通過對光學信號進行解調，能夠計算得出風速數值；由于互相垂直的兩組等懸臂梁測量到的兩組風速，方向互相垂直，能夠進行矢量分解得出風向角度；由于互相平行的兩組等懸臂梁測量到的兩組風速，數值一樣方向相反，能夠形成互相校驗機制，得到高準確性的風速和風向測量值。