CN102486476A - 一种风速风向监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风速风向监测装置，包括支撑杆、基座、转轴、移动板、壳体、测试单元和处理单元，支撑杆设置在壳体内，支撑杆上设置有球形测风装置，防尘罩下方设置有基座，转轴安装在壳体上，移动板固定在支撑杆下端，在壳体内壁上固定有一固定板，固定板和移动板之间设置有曲线型支架，在曲线型支架上相对两侧连续布设有多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿，多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿的头部间形成供一个或多个第一信号光纤穿过的曲线型通道；测试单元与第一信号光纤相接，处理单元与测试单元连接。本发明采用光纤传感技术，具备防电磁干扰、防尘等诸多优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种风速风向监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别涉及一种风速风向监测装置。

背景技术

风力发电作为一种绿色能源受到国家的大力支持，然而要保证风电机组的正常安全工作，对风速风向的监测就是一项重要的工作，现有的应用最广泛的测风设备是风杯、风向组合测试仪，其成本较低、测试范围宽是其优点，但其主要问题是机械式旋转部件易磨损，在风向不定时测试风速低于实际情况，在气候恶劣区域可能发生冰冻、泥沙灰尘阻塞、甚至是断裂，并容易受到雷电干扰以及其他电磁波干扰；超声测风技术具有较高的精度和较好的性能受到关注，但国内目前只是在研究，国外产品价格高昂，难以普及。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种风速风向监测装置。本发明采用光纤传感技术，具备防电磁干扰、防尘等诸多优点，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风速风向监测装置，其特征在于：包括支撑杆、基座、转轴、移动板、壳体、测试单元和处理单元，所述支撑杆设置在壳体内且从壳体伸出，所述支撑杆上设置有球形测风装置，所述支撑杆伸出壳体的部分套有防尘罩，所述防尘罩的下方设置有基座，所述转轴安装在壳体上且所述转轴上开设有上下连通的开口，所述的支撑杆能从转轴的开口延伸而出，所述移动板固定在所述支撑杆下端，且在所述移动板下方设置有平衡负载，在壳体内壁上固定有一固定板，所述的固定板和所述的移动板之间设置有曲线型支架，在所述曲线型支架上相对两侧连续布设有多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿，多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个第一信号光纤穿过的曲线型通道，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在第一信号光纤两侧；所述的移动板在所述的支撑杆的带动下使曲线型支架两端能够发生位置变化；所述测试单元与第一信号光纤相接且对第一信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试，所述处理单元与测试单元连接。

上述的一种风速风向监测装置，所述曲线型支架是由曲线型壳体构成，多个第一A侧变形齿和多个第一B侧变形齿对应布设在曲线型壳体的内壁上。

上述的一种风速风向监测装置，在曲线型壳体内包含的多个第一A侧变形齿的齿高、第一A侧变形齿与第一信号光纤接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一A侧变形齿之间的间距均相同；多个第一B侧变形齿的齿高、第一B侧变形齿与第一信号光纤接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一B侧变形齿之间的间距均相同。

上述的一种风速风向监测装置，所述曲线型壳体内还设置有与第一个信号光纤并排布设的第二信号光纤以及连续布设在所述曲线型壳体内的多个第二A侧变形齿和多个第二B侧变形齿，所述第二信号光纤夹持在第二A侧变形齿与第二B侧变形齿之间，所述第二A侧变形齿和第二B侧变形齿沿着曲线型壳体每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线型壳体的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化且变化趋势是一致的。

上述的一种风速风向监测装置，所述曲线型壳体与移动板之间还设置有辅助弹簧。

上述的一种风速风向监测装置，所述曲线型支架为弹簧，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在弹簧中相邻两圈弹簧丝之间。

上述的一种风速风向监测装置，所述弹簧上还布设有多个第二A侧变形齿和多个第二B侧变形齿，且多个第二A侧变形齿和多个第二B侧变形齿相互交错布设，且在第二A侧变形齿与第二B两侧变形齿之间夹持有第二信号光纤，所述第二A侧变形齿和第二B侧变形齿沿着弹簧构成的曲线型支架每360度为一个周期，每个周期的起始点位于弹簧构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。

上述的一种风速风向监测装置，所述曲线型支架为波纹管，第一A侧变形齿和第一B侧变形齿对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的一种风速风向监测装置，所述管壁上还布设有第二A侧变形齿和第二B侧变形齿，且第二A侧变形齿和第二B侧变形齿相互交错布设，且在第二A侧变形齿与第二B两侧变形齿之间夹持有第二信号光纤，所述第二A侧变形齿和第二B侧变形齿沿着波纹管每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。

2、适用面广，适应能力强，能有效抗电磁干扰，所得到的数据为数字化形式，有利于计算机辅助控制及优化控制，达到节约减排的目的。

3、测试精度高，动态范围大、使用方便，可以广泛应用于多种场合环境下。

4、整个光纤敏感单元及光纤链路中光纤是连续的，一方面降低了调整成本，同时可以达到防尘、防振动的目的，保证了使用的安全性。

5、该装置不仅可以测试风速同时可以测量风向，且测试精度高。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高，同时具备防电磁干扰、防尘等诸多优点，具有广阔的应用前景。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中转轴的局部结构示意图。

图3为本发明曲线型壳体的结构示意图。

图4为本发明曲线型壳体的内部含有第二信号光纤的结构示意图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

图6为本发明实施例2中弹簧剖面结构示意图。

图7为本发明实施例3的结构示意图。

图8为图7中A处局部放大的结构示意图。

附图标记说明：

1-光缆；             4-1-第一A侧变形齿；  4-2-第一B侧变形齿；

4-3-第二A侧变形齿；  4-4-第二B侧变形齿；  5-测试单元；

6-支撑杆；           7-处理单元；         8-测风装置；

10-防尘罩；          11-第一定位销；      12-螺丝；

13-第二定位销；      15-固定板；          16-移动板；

17-平衡负载；        18-基座；            19-曲线型壳体；

21-壳体；            22-转轴；            33-第一信号光纤；

35-第二信号光纤；    38-弹簧；    40-波纹管；

42-管壁。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示的一种风速风向监测装置，包括支撑杆6、基座18、转轴22、移动板16、壳体21、测试单元5和处理单元7，所述支撑杆6设置在壳体21内且从壳体21伸出，所述支撑杆6上设置有球形测风装置8，所述支撑杆6伸出壳体21的部分套有防尘罩8，所述防尘罩8的下方设置有基座18，所述转轴22安装在壳体21上且所述转轴22上开设有上下连通的开口，所述的支撑杆6能从转轴22的开口延伸而出，所述转轴22通过第一定位销11和第二定位销13设置在所述的基座18上，优选的做法是第一定位销11和第二定位销13通过螺丝12固定于基座18上，所述移动板16固定在所述支撑杆6下端，且在所述移动板16下方设置有平衡负载17，在壳体21内壁上固定有一固定板15，所述的固定板15和所述的移动板16之间设置有曲线型支架，在所述曲线型支架上相对两侧连续布设有多个第一A侧变形齿4-1和多个第一B侧变形齿4-2，多个第一A侧变形齿4-1和多个第一B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个第一信号光纤33穿过的曲线型通道，第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2对应布设在第一信号光纤33两侧；所述的移动板16在所述的支撑杆6的带动下使曲线型支架两端能够发生位置变化；所述测试单元5与第一信号光纤33相接且对第一信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试，所述处理单元7与测试单元5连接。

本实施例中，本实施例中，曲线型支架是由曲线型壳体19构成，多个第一A侧变形齿4-1和多个第一B侧变形齿4-2对应布设在曲线型壳体19的内壁上。支撑杆6的位置变动带动了移动板16的移动，使固定板15与移动板16的位置变化，从而使安置于固定板15和移动板16之间的曲线型壳体19的两端位置变化，也就是使曲线型壳体19产生弯曲，从而使布设于曲线型壳体19内的A、B两侧变形齿间的距离改变，导致夹持于A、B两侧变形齿间的第一信号光纤33的弯曲曲率变化，使传输于第一信号光纤33内的光信号的功率变化，通过光缆1测试单元5测得该变化信号并传递给处理单元7，处理单元7经计算得到曲线型壳体19的弯曲状态，从而可以确定支撑杆6的变化后的位置，也就可以计算出风速的大小。

在曲线型壳体19内包含的多个第一A侧变形齿4-1的齿高、第一A侧变形齿4-1与第一信号光纤33接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一A侧变形齿4-1之间的间距均相同，多个第一B侧变形齿4-2的齿高、变形齿与第一信号光纤33接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一B侧变形齿4-2之间的间距均相同时，处理单元7经计算得到曲线型壳体19的弯曲程度，而不能确定弯曲的方向；所述曲线型壳体19内还设置有与第一个信号光纤33并排布设的第二信号光纤35以及连续布设在所述曲线型壳体19内的多个第二A侧变形齿4-3和多个第二B侧变形齿4-4，所述第二信号光纤35夹持在第二A侧变形齿4-3与第二B侧变形齿4-4之间，所述第二A侧变形齿4-3和第二B侧变形齿4-4沿着曲线型壳体19每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线型壳体19的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤35接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化且变化趋势是一致的。则处理单元7通过第一信号光纤33内光信号的变化计算得到曲线型壳体19的弯曲程度，并在此基础上，再通过第二信号光纤35内的光信号功率的变化可确定曲线型壳体19的弯曲方向，从而不仅推算出风速的大小，还可以推算出风向，处理单元7可以将该信息显示或传递给上一级的其他控制单元，完成测试任务。

一种优选的做法是在曲线型壳体19与移动板16之间还安装有与曲线型壳体19连接的辅助弹簧。

所述第一信号光纤33和第二信号光纤35为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述第一信号光纤33和第二信号光纤35也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤；或是多根第一信号光纤33并排夹持在A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2之间，或是多根第一信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带。所述第一信号光纤33和第二信号光纤35外部包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33和第二信号光纤35的侵蚀，延长了第一信号光纤33和第二信号光纤35的使用寿命。

实施例2：

如图5、图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线型支架为弹簧38，第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2对应布设在弹簧38中相邻两圈弹簧丝之间，且第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2相互交错布设。优选的做法是所述弹簧38上还布设有多个第二A侧变形齿4-3和多个第二B侧变形齿4-4，且多个第二A侧变形齿4-3和多个第二B侧变形齿4-4相互交错布设，且在第二A侧变形齿4-3与第二B两侧变形齿4-4之间夹持有第二信号光纤35，所述第二A侧变形齿4-3和第二B侧变形齿4-4沿着弹簧38构成的曲线型支架每360度为一个周期，每个周期的起始点位于弹簧38构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤35接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图7、图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线型支架为波纹管40，第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且第一A侧变形齿4-1和第一B侧变形齿4-2相互交错布设。优选的做法是所述管壁42上还布设有第二A侧变形齿4-3和第二B侧变形齿4-4，且第二A侧变形齿4-3和第二B侧变形齿4-4相互交错布设，且在第二A侧变形齿4-3与第二B两侧变形齿4-4之间夹持有第二信号光纤35，所述第二A侧变形齿4-3和第二B侧变形齿4-4沿着波纹管40每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管40构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤35接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风速风向监测装置，其特征在于：包括支撑杆(6)、基座(18)、转轴(22)、移动板(16)、壳体(21)、测试单元(5)和处理单元(7)，所述支撑杆(6)设置在壳体(21)内且从壳体(21)伸出，所述支撑杆(6)上设置有球形测风装置(8)，所述支撑杆(6)伸出壳体(21)的部分套有防尘罩(8)，所述防尘罩(8)的下方设置有基座(18)，所述转轴(22)安装在壳体(21)上且所述转轴(22)上开设有上下连通的开口，所述的支撑杆(6)能从转轴(22)的开口延伸而出，所述移动板(16)固定在所述支撑杆(6)下端，且在所述移动板(16)下方设置有平衡负载(17)，在壳体(21)内壁上固定有一固定板(15)，所述的固定板(15)和所述的移动板(16)之间设置有曲线型支架，在所述曲线型支架上相对两侧连续布设有多个第一A侧变形齿(4-1)和多个第一B侧变形齿(4-2)，多个第一A侧变形齿(4-1)和多个第一B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个第一信号光纤(33)穿过的曲线型通道，第一A侧变形齿(4-1)和第一B侧变形齿(4-2)对应布设在第一信号光纤(33)两侧；所述的移动板(16)在所述的支撑杆(6)的带动下使曲线型支架两端能够发生位置变化；所述测试单元(5)与第一信号光纤(33)相接且对第一信号光纤(33)中的光信号功率变化量进行同步测试，所述处理单元(7)与测试单元(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述曲线型支架是由曲线型壳体(19)构成，多个第一A侧变形齿(4-1)和多个第一B侧变形齿(4-2)对应布设在曲线型壳体(19)的内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：在曲线型壳体(19)内包含的多个第一A侧变形齿(4-1)的齿高、第一A侧变形齿(4-1)与第一信号光纤(33)接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一A侧变形齿(4-1)之间的间距均相同；多个第一B侧变形齿(4-2)的齿高、第一B侧变形齿(4-2)与第一信号光纤(33)接触的齿顶端的弯曲曲率以及第一B侧变形齿(4-2)之间的间距均相同。

4.根据权利要求1所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述曲线型壳体(19)内还设置有与第一个信号光纤(33)并排布设的第二信号光纤(35)以及连续布设在所述曲线型壳体(19)内的多个第二A侧变形齿(4-3)和多个第二B侧变形齿(4-4)，所述第二信号光纤(35)夹持在第二A侧变形齿(4-3)与第二B侧变形齿(4-4)之间，所述第二A侧变形齿(4-3)和第二B侧变形齿(4-4)沿着曲线型壳体(19)每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线型壳体(19)的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤(35)接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化且变化趋势是一致的。

5.根据权利要求2所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述曲线型壳体(19)与移动板(16)之间还设置有辅助弹簧。

6.根据权利要求1所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述曲线型支架为弹簧(38)，第一A侧变形齿(4-1)和第一B侧变形齿(4-2)对应布设在弹簧(38)中相邻两圈弹簧丝之间。

7.根据权利要求6所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述弹簧(38)上还布设有多个第二A侧变形齿(4-3)和多个第二B侧变形齿(4-4)，且多个第二A侧变形齿(4-3)和多个第二B侧变形齿(4-4)相互交错布设，且在第二A侧变形齿(4-3)与第二B两侧变形齿(4-4)之间夹持有第二信号光纤(35)，所述第二A侧变形齿(4-3)和第二B侧变形齿(4-4)沿着弹簧(38)构成的曲线型支架每360度为一个周期，每个周期的起始点位于弹簧(38)构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤(35)接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。

8.根据权利要求1所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述曲线型支架为波纹管(40)，第一A侧变形齿(4-1)和第一B侧变形齿(4-2)对应布设在波纹管(40)的管壁(42)上内凹处的相对两个侧面上。

9.根据权利要求8所述的一种风速风向监测装置，其特征在于：所述管壁(42)上还布设有第二A侧变形齿(4-3)和第二B侧变形齿(4-4)，且第二A侧变形齿(4-3)和第二B侧变形齿(4-4)相互交错布设，且在第二A侧变形齿(4-3)与第二B两侧变形齿(4-4)之间夹持有第二信号光纤(35)，所述第二A侧变形齿(4-3)和第二B侧变形齿(4-4)沿着波纹管(40)每360度为一个周期，每个周期的起始点位于波纹管(40)构成的曲线型支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距、变形齿与第二信号光纤(35)接触的齿顶端的弯曲曲率或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距、齿顶端的弯曲曲率或齿高或是单调变化且变化趋势是一致的。

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