[實用新型]一種基于光纖光柵的渦街風速傳感器

有效

• 申請號: 201620087318.2
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN205317810U
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 王紀強;李振;劉統玉;趙林;劉媛
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及風速傳感器技術領域，尤其涉及一種基于光纖光柵的渦街風速傳感器。

背景技術

風速測量技術在煤炭油田、航海航天、氣象預報、電力系統等領域有廣泛的應用。目 前，最常用的傳感器為風杯式風速傳感器、差壓式風速傳感器、熱線式風速傳感器。

上述傳感器存在各自不足之處：

風杯式風速傳感器：該類傳感器為機械旋轉結構，由于可能高速旋轉而不能應用于可 燃性氣體環境中，如：煤礦和油田；風杯旋轉需要啟動風速(一般為3m/s)，限制了傳感 器風速測量下限值。

差壓式風速傳感器：依據伯努利方程將風速轉化為差壓，通過測量靜壓之差求得風速。 結構簡單，低速下壓損相對較大，對于低風速測量存在極大誤差。

熱線式風速傳感器：在惡劣環境下，熱線容易損壞，測量精度差，用溫度變化測量響 應時間長。

中國專利ZL201310097907.X公開了一種渦街風速計，通過渦街的脫落頻率來確定風速 值，但是該專利測量管是直管單渦街發生體，對于低風速測量效果不理想；采用電子式壓 力傳感器嵌入發生體中感知渦街信號，無法避免電磁干擾、雷擊等因素，需提供有源設備。

中國專利ZL201210248722.X公開了一種基于三角柱型漩渦發生體的光纖Bragg光柵渦 街流量計及其使用方法，該專利發生體為單渦街發生體，測量精度不高；另外，傳感元件 位于發生體內，導致感應到的渦街信號不強，進一步影響了測量精度；并且，該專利結構 的光纖無法在渦街發生體裝配后進行出纖，生產工藝復雜。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種基于光纖光柵的渦街風速傳感器，該傳感器通過增速管 和雙渦街結構使渦街信號增強，降低了風速傳感器的測量下限值。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種基于光纖光柵的渦街風速傳感器，包括：增速管，前渦街發生體、后渦街發生體， 渦街發生體組合基座以及光纖光柵傳感元件；

所述增速管包括增速段和平穩段；所述前渦街發生體和后渦街發生體通過渦街發生體 組合基座固定在一起構成雙渦街組合體，所述渦街發生體組合基座固定在增速管平穩段內 壁的安裝槽中；在增速管和渦街發生體組合基座上分別開有出纖孔，光柵的尾纖通過出纖 孔與光柵解調儀連接；

風通過增速管加速并趨于穩定后經前渦街發生體阻礙產生周期性脫落的渦街，再由后 渦街發生體作用使渦街信號增強作用于光纖光柵傳感元件上，振動信號使膜片產生周期性 形變進而使光柵波長產生周期性變化，根據光柵波長變化頻率等于同列渦街脫落頻率求得 風速值。

進一步地，所述后渦街發生體上端開有光纖座孔，兩側壁中部位置開設矩形通槽；

所述光纖光柵傳感元件固定在渦街發生體組合基座上后，垂直置于后渦街發生體的壓 腔內。

進一步地，所述增速管收縮段的收縮曲線為變形的維托辛斯基曲線，其內徑D₁逐漸減 小至D₂不變，平穩段為直管，其內徑為D₂。

進一步地，所述渦街發生體組合基座分為上下兩部分，每一部分均包含兩個端面；其 中，與平穩段管壁連接的端面為矩形，遠離平穩段管壁的端面設置為與平穩段管道內壁吻 合的弧面。

進一步地，所述渦街發生體組合基座上分別設有與前渦街發生體和后渦街發生體的端 面相匹配的渦街發生體安裝槽。

進一步地，所述光纖光柵傳感元件包括彈性膜片、光纖光柵、光纖座和質量塊；將光 纖光柵在預緊狀態下黏貼在彈性膜片上，一并安裝在光纖座上，光纖光柵的尾纖通過光纖 座軸心孔引出；在彈性膜片另一端安裝質量塊；

所述光纖座固定在渦街發生體組合基座上，所述光纖光柵黏貼在彈性膜片上，通過膜 片的彈性形變使光柵的波長變化。

進一步地，假設前渦街發生體和后渦街發生體的端面之間的間距為s，渦街發生體迎風 面寬度為d，兩列渦街之間的間距為h，同列渦街之間的間距為L；則滿足：h＝1.3d，h/L＝0.281。

進一步地，所述前渦街發生體和后渦街發生體的端面之間的間距等于同列渦街之間的 間距。

本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型通過增速管和雙渦街結構，使渦街信號增強，同時降低了風速傳感器的測 量下限值。