CN112255430A - 一种光纤反射式风速仪及测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤反射式风速仪及测量系统，包括测速转盘、光纤反射式测速模块、多个风杯和安装支架，安装支架上设有转轴，测速转盘套设于转轴上，多个风杯沿周向布置连接于转轴上，测速转盘位于光纤反射式测速模块之间，光纤反射式测速模块连接有光纤。本发明结构简单，计算工作量小，光纤反射式检测精确度高，实现远程测量风速。
Description
技术领域
本发明涉及计量检测技术领域，具体涉及一种光纤反射式风速仪及测量系统。
背景技术
电力是国家和人民生活的重要保障，我国近几年电力生产及消费一直保持快速正常，这对电网的稳定安全运行提出了更高的要求。电力设施作为电力生产、消费的承载体，是维系公共安全的重要保障。但在我国很多地方，输电线路的环境很恶劣，电力设施很容易受到自然灾害的影响，我国也发生过很多次输电线路上的冰灾。
电力铁塔是输电线路上极其重要的设施，其本身情况及周围环境的情况对输电线路安全起着重要作用，比如铁塔结构的应变、周围温湿度、风速、覆冰拉力等。电力铁塔输送的电压往往较高，传统的电子传感器容易受到干扰，并且存在远距离电源供给的问题。
光纤传感器具有结构简单、传输距离远、抗强电磁干扰、耐腐蚀等特点，并且是电无源设备，可以远距离传输，结合电力传输中的光纤复合架空地线(OPGW)可以很方便地进行电力铁塔的远程监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种光纤反射式风速仪及测量系统，结构简单，计算工作量小，光纤反射式检测精确度高，抗干扰能力强，实现远程测量风速。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种光纤反射式风速仪，包括测速转盘、光纤反射式测速模块、多个风杯和安装支架，安装支架上设有转轴，测速转盘套设于转轴上，多个风杯沿周向布置连接于转轴上，测速转盘位于光纤反射式测速模块之间，光纤反射式测速模块连接有光纤。
按照上述技术方案，光纤为单模铠装光纤。
按照上述技术方案，安装支架上设有风速仪壳体，测速转盘和光纤反射式测速模块均设置于风速仪壳体内，光纤从外穿入至风速仪壳体内，与光纤反射式测速模块连接。
按照上述技术方案，转轴上套设有风速帽，风速帽设置于风杯连接点与风速仪壳体之间。
按照上述技术方案，光纤反射式测速模块包括光纤传感底座、光纤固定槽、光纤保护套和反射镜涂层，光纤固定槽和反射镜涂层固设于光纤传感底座，光纤固定槽和反射镜涂层相对布置于测试转盘的两侧，光纤与光纤固定槽连接。
按照上述技术方案，光纤固定槽外套设有光纤保护套。
按照上述技术方案，测速转盘为黑色塑料材质。
按照上述技术方案，测速转盘包括圆盘，圆盘沿周向均匀分布有多个突出锯齿，光纤反射式测速模块布置于突出锯齿处。
一种光纤风速测量系统，包括光纤反射式风速仪、光源、环形器和控制器，光源布置于环形器的第1端口一侧，环形器的第2端口通过传输光缆与光纤反射式风速仪连接，控制器与环形器的第3端口连接。
按照上述技术方案，控制器内置有光电转换模块，通过光电转换模块与环形器的第三端口连接。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的光纤反射式风速仪结构简单，计算工作量小，光纤反射式检测精确度高，抗干扰能力强，实现远程测量风速。
2、本发明的光纤风速测量系统能同时远程监测多个风速测量点。
附图说明
图1是本发明实施例中光纤反射式风速仪的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明实施例中光纤反射式测速模块的结构示意图；
图4是本发明实施例中测速转盘的结构示意图；
图5是本发明实施例中光纤风速测量系统的示意图；
图6是本发明实施例中光纤反射式风速仪的测速原理示意图；
图中，1-测速转盘，2-光纤反射式测速模块，3-风杯，4-风速帽，5-风速仪壳体，6-安装支架，7-单模光纤，8-光纤传感底座，9-光纤固定槽，10-光纤保护套，11-反射镜涂层，12-光纤反射式风速仪，13-光源，14-环形器，15-长输光缆，16-控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图6所示，本发明提供的一个实施例中的光纤反射式风速仪，包括测速转盘1、光纤反射式测速模块2、多个风杯3和安装支架6，安装支架6上设有转轴，测速转盘1套设于转轴上，多个风杯3沿周向布置连接于转轴上，测速转盘1位于光纤反射式测速模块2之间，光纤反射式测速模块2连接有光纤；风力驱动风杯3带动转轴转动，通过转轴带动测速转盘1转动，通过光纤反射式测速模块2测量测速转盘1的相对速度，进而测量风速。
进一步地，光纤为单模光纤7。
进一步地，安装支架6上设有风速仪壳体5，测速转盘1和光纤反射式测速模块2均设置于风速仪壳体5内，光纤从外穿入至风速仪壳体5内，与光纤反射式测速模块2连接。
进一步地，转轴上套设有风速帽4，风速帽4设置于风杯3连接点与风速仪壳体5之间。
进一步地，光纤反射式测速模块2包括光纤传感底座8、光纤固定槽9、光纤保护套10和反射镜涂层11，光纤固定槽9和反射镜涂层11固设于光纤传感底座8，光纤固定槽9和反射镜涂层11相对布置于测试转盘的两侧，单模光纤7与光纤固定槽9连接。
进一步地，光纤固定槽9外套设有光纤保护套10。
进一步地，测速转盘1为黑色塑料材质；黑色吸收光效果较好，塑料材质轻且为非金属不受电磁干扰。
进一步地，测速转盘1包括圆盘，圆盘沿周向均匀分布有多个突出锯齿，光纤反射式测速模块2布置于突出锯齿处。
进一步地，圆盘周围均匀分布24个突出锯齿，每两个锯齿或两个空隙对应的圆心的角度为π/12。通过调整锯齿数量可以调整监测精度，此处仅以24个锯齿为例进行说明。
一种光纤风速测量系统，包括光纤反射式风速仪12、光源13、环形器14和控制器16，光源13布置于环形器14的第1端口一侧，环形器14的第2端口通过传输光缆与光纤反射式风速仪12连接，控制器16与环形器14的第3端口连接。
进一步地，传输光缆内布置有光纤。
进一步地，控制器通过多个环形器14与多个光纤反射式风速仪12连接。
进一步地，控制器16内置有光电转换模块，通过光电转换模块与环形器14的第三端口连接。
进一步地，控制器16为微控制器。
本发明的工作原理：光源13发出的光，接入环形器14的端口1，从环形器14的端口2输出，经过长输光缆15(如OPGW)到达前端风速测量端，经光纤风速仪反射的光信号经环形器14的端口2、端口3传输至嵌入式控制板，嵌入式控制板上光电转换模块将光脉冲信号转换为电脉冲信号，由电脉冲信号通过公式换算成风速值。
其中，当有风时，风杯3带着内部的测速转盘1旋转，如下图所示，光纤反射式测速模块2中的光纤端口发出的连续光的一部分会被测速转盘1的锯齿阻挡，没被阻挡的光经反射镜涂层反射回来，反射回的光为光脉冲信号，其频率与风速成正比。比如单位时间(Δt)内接收到的光脉冲信号为n个，则风速为与(nπ/12Δt)成正比。
本设计研究了一种光纤反射式风速仪的实现方法，及实现远程测量风速的系统结构。通过添加光滤波器可以实现一块控制板监测多个风速测量点，并且通过改进可以与同种原理的监测系统合并为一个系统，如采用本地或无线远程的方式同时监测多个铁塔、多个参量(如铁塔应变、温湿度、导线温度等)的系统。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光纤反射式风速仪，其特征在于，包括测速转盘、光纤反射式测速模块、多个风杯和安装支架，安装支架上设有转轴，测速转盘套设于转轴上，多个风杯沿周向布置连接于转轴上，测速转盘位于光纤反射式测速模块之间，光纤反射式测速模块连接有光纤。
2.根据权利要求1所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，光纤为单模光纤。
3.根据权利要求1所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，安装支架上设有风速仪壳体，测速转盘和光纤反射式测速模块均设置于风速仪壳体内，光纤从外穿入至风速仪壳体内，与光纤反射式测速模块连接。
4.根据权利要求3所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，转轴上套设有风速帽，风速帽设置于风杯连接点与风速仪壳体之间。
5.根据权利要求1所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，光纤反射式测速模块包括光纤传感底座、光纤固定槽、光纤保护套和反射镜涂层，光纤固定槽和反射镜涂层固设于光纤传感底座，光纤固定槽和反射镜涂层相对布置于测试转盘的两侧，光纤与光纤固定槽连接。
6.根据权利要求5所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，光纤固定槽外套设有光纤保护套。
7.根据权利要求1所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，测速转盘为黑色塑料材质。
8.根据权利要求1所述的光纤反射式风速仪，其特征在于，测速转盘包括圆盘，圆盘沿周向均匀分布有多个突出锯齿，光纤反射式测速模块布置于突出锯齿处。
9.一种光纤风速测量系统，其特征在于，包括光纤反射式风速仪、光源、环形器和控制器，光源布置于环形器的第1端口一侧，环形器的第2端口通过传输光缆与光纤反射式风速仪连接，控制器与环形器的第3端口连接。
10.根据权利要求9所述的光纤风速测量系统，其特征在于，控制器内置有光电转换模块，通过光电转换模块与环形器的第三端口连接。
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