CN204028105U - 一种光纤光栅式风速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉一种光纤光栅式风速测量装置，基于光纤光栅位移传感器(7)，结合角速度测量结构(4)及三杯式风杯结构(1)，来完成风速的测量，解决了现有电子式风速测量装置在供电、抗电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等方面所面临的问题，同时避免了采用接触式光纤光栅风速测量装置中，由于长时间的接触摩擦，造成的装置磨损与老化的问题，保证装置的正常工作。本实用新型主要应用于风速监测领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于光纤光栅传感技术的风速测量领域，尤其涉及一种光纤光栅式风速测量装置。
背景技术
现有的风速测量类型分为两大类：有源测量装置和无源测量装置。有源类涉及的方法主要有：电子风杯式，热线式，超声波式，多普勒频移式和皮托管式等。在实际应用中，电子式测量风速技术以电子信息处理为基础的特点注定了其将受到有源供电、易受电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性与可靠性。而且由于自然界的风速变化很快，很多电子式的测量装置在远距离测量风速时，无法满足实时短时间间隔的高精度监测。无源类涉及的方法为光纤光栅接触式测风速。公开号为CN 101833014 A的专利中，公开了一种光纤光栅式风电场风速远程检测仪，采用光纤光栅附着弹片，弹片接触风杯下的不均匀凸轮，随着风杯旋转发生不同应变。但是该种方法采用接触式，长时间的接触摩擦会造成装置的磨损与老化，影响到装置的正常工作。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题就是如何提供一种风速测量装置，解决传统电子式测量风速技术中存在的缺陷，同时避免接触式光纤光栅风速测量装置存在的摩擦导致装置磨损、老化的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光纤光栅式风速测量装置，包括三杯式风杯结构，所述三杯式风杯结构的纵向光滑杆 上固定有一横向光滑杆，所述横向光滑杆上设有角速度测量结构；
所述角速度测量结构包括滑块及已知劲度系数的弹簧，弹簧套在横向光滑杆上，弹簧一端与纵向光滑杆连接，另一端与滑块连接；滑块在纵向光滑杆提供的旋转离心力下，使弹簧产生相应形变；
所述光纤光栅式风速测量装置还包括光纤光栅位移传感器，所述光纤光栅位移传感器可同步感应滑块的位移；
其中光纤光栅位移传感器通过拉绳与角速度测量结构的滑块连接，其中拉绳通过滑轮改变方向。
优选地，所述纵向光滑杆的上端为实心结构，下端为空心结构，拉绳穿过纵向光滑杆下端的空心结构，两端分别连接光纤光栅位移传感器和角速度测量结构的滑块，保证拉绳不随着纵向光滑杆的旋转而发生缠绕。
优选地，所述光纤光栅位移传感器为双光纤光栅位移传感器。
优选地，所述双光纤光栅传感器相连的拉绳与弹簧并联平行布设在滑块的两个端点上。
(三)有益效果
本实用新型的光纤光栅式风速测量装置，基于光纤光栅位移传感器，结合角速度测量结构及三杯式风杯结构，来完成风速的测量，解决了现有电子式风速测量装置在供电、抗电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等方面所面临的问题，同时避免了采用接触式光纤光栅风速测量装置中，由于长时间的接触摩擦，造成的装置磨损与老化的问题，保证装置的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本实用新型提供的一种光纤光栅式风速测量装置的结构示意图；
图2：本实用新型提供的一种光纤光栅式风速测量系统的方框示意图；
图3：本实用新型提供的一种光纤光栅式风速测量系统的结构示意图；
图中：1、三杯式风杯结构；2、纵向光滑杆；3、横向光滑杆；4、角速度测量结构；5、滑块；6、弹簧；7、光栅位移传感器；8、传感解调仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
如图1所示，本实施例提供的一种光纤光栅式风速测量装置，包括三杯式风杯结构1，所述三杯式风杯结构1的纵向光滑杆2上固定有一横向光滑杆3，所述横向光滑杆3上设有角速度测量结构4；
所述角速度测量结构4包括滑块5及已知劲度系数的弹簧6，弹簧6套在横向光滑杆3上，弹簧6一端与纵向光滑杆2连接，另一端与滑块5连接；滑块5在纵向光滑杆2提供的旋转离心力下，使弹簧6产生相应形变；
所述光纤光栅式风速测量装置还包括光纤光栅位移传感器7，所述光纤光栅位移传感器7可同步感应滑块的位移；
其中光纤光栅位移传感器7通过拉绳与角速度测量结构4的滑块5连接，其中拉绳通过滑轮改变方向。
本实施例中，纵向光滑杆2的上端为实心结构，下端为空心结构，拉绳穿过纵向光滑杆2下端的空心结构，两端分别连接光纤光栅位移 传感器7和角速度测量结构4的滑块5，保证拉绳不随着纵向光滑杆2的旋转而发生缠绕。
本实施例中所述光纤光栅位移传感器7为双光纤光栅位移传感器。
本实施例中，双光纤光栅传感器7相连的拉绳与弹簧6并联平行布设在滑块5的两个端点上。
采用本实施例中的光纤光栅式风速测量装置的光纤光栅式风速测量系统，如图2所示，包括数据采集模块、数据传输通道、光信号的接收与发射模块、数据处理模块、客户端模块。
具体地，各模块的原理及工作方式如下：
数据采集模块，用于采集角速度测量结构4中滑块5位移变化的实时数据。上述数据采集模块基于与角速度测量结构4中滑块5连接的光纤光栅位移传感器7，通过光纤光栅位移传感器7监测环境温度、滑块5位移变化。
具体的，双光纤光栅传感器7相连的拉绳与弹簧6并联平行布设在滑块结构的两个端点上。弹簧6套在横向光滑杆上，一端与纵向光滑杆2焊接一起，另一端与滑块5一端焊接在一起；拉绳在外部并通过滑轮改变方向，一端与滑块5固定在一起，另一端与光纤光栅位移传感器7固定在一起。其中光纤光栅位移传感器7可同步感应滑块5的位移；弹簧6与横向光滑杆3平行，可同步发生形变，伸长或缩短。
数据传输通道，用于完成光纤光栅位移传感器7与局端之间数据的传输。相关数据传输过程是将局端发出的窄带扫频光通过OPGW或OPPC中的光纤通道传输至光纤光栅位移传感器7，或将上述连接在角速度测量结构4中滑块5上的光纤光栅位移传感器7产生的实时监测数据通过OPGW或OPPC中的光纤通道传输至局端。
连接在角速度测量结构4中滑块5上的光纤光栅位移传感器7，通过OPGW或OPPC接续盒与其中的光纤串接。所述OPGW/OPPC是把光 纤放置在架空高压输电线的地线/相线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线/相线与通信双重功能。
光信号的接收与发射模块，采用FBG解调仪产生窄带扫频光向远端传感器处发射，当扫频光波长与光纤光栅位移传感器7的中心波长匹配时，在解调仪处可探测到被反射回来的光功率，进而解调仪将接收到的光信号解调成波长编码的数字信号。
数据处理模块，数字信号进入数据处理模块后，光纤光栅位移传感器7的双光栅测得的波长数据再通过做差的方式补偿光纤光栅位移传感器7由于交叉敏感引起的信号波长的误差。获取监测点也即滑块5的实时位移的变化，求得实时三杯式风杯的旋转角速度，进而计算实时的风速。
数据处理模块的告警系统会根据风的级别，予以相应判断给出低级报警、中级告警或高级告警，并将判断结果传输到客户端模块。此外，上述过程的重要数据都被保存进数据库，以便查询。
客户端模块，用于操作人员进行电子地理显示、电网参量监测、日志查询和帮助中的任意操作。
结合附图3，本实施例的光纤光栅式风速测量装置应用到具体光纤光栅式风速测量系统中，对风速进行测量，具体工作流程如下：
由传感解调仪8中的一种FBG解调仪，发射的窄带扫频光经数据传输模块的OPGW或OPPC光缆传输到远程的数据采集模块。
在数据采集模块里，与角速度测量结构4中滑块5连接的光纤光栅位移传感器7，反射回与其中心波长相比配的光谱，该光谱携带了三杯式风杯角速度变化的相关信息。
采集的信息以光信号的形式经数据传输模块的OPGW或OPPC光缆传输到FBG解调仪中，光信号被解调成以波长编码的数字信号。
数字信号进入数据处理模块，经过建模及数据处理，从上述接收到的光纤光栅位移传感器7的反射波长获取监测点的实时位移的变 化，可求得实时三杯式风杯的旋转角速度，进而计算实时的风速，并进行数据的保存。
其中数据处理模块工作过程：首先，根据采集的波长，通过波长变化计算出三杯式风杯角速度变化，利用计算模型计算得到风速；然后，根据风的级别，告警系统判断是否发出报警信息。
本实施例中所应用的光纤光栅位移传感器技术具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、抗腐蚀的特点，并且集信息传感与传输于一身。
光纤光栅位移传感器选择包含两个光纤光栅的传感器，波长变化进行做差处理，这样可以有效地排除光纤光栅传感器对交叉敏感的干扰，排除温度对波长值的影响，使结果更精确。解决传统接触式光纤光栅风速测量装置只采用一个光纤光栅，无法补偿温度造成的中心波长的漂移，导致测量结果不准确的问题。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种光纤光栅式风速测量装置，包括三杯式风杯结构(1)，所述三杯式风杯结构(1)的纵向光滑杆(2)上固定有一横向光滑杆(3)，所述横向光滑杆(3)上设有角速度测量结构(4)；
所述角速度测量结构(4)包括滑块(5)及已知劲度系数的弹簧(6)，弹簧(6)套在横向光滑杆(3)上，弹簧(6)一端与纵向光滑杆(2)连接，另一端与滑块(5)连接；滑块(5)在纵向光滑杆(2)提供的旋转离心力下，使弹簧(6)产生相应形变；
所述光纤光栅式风速测量装置还包括光纤光栅位移传感器(7)，所述光纤光栅位移传感器(7)可同步感应滑块的位移；
其中光纤光栅位移传感器(7)通过拉绳与角速度测量结构(4)的滑块(5)连接，其中拉绳通过滑轮改变方向。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅式风速测量装置，其特征在于，所述纵向光滑杆(2)的上端为实心结构，下端为空心结构，拉绳穿过纵向光滑杆(2)下端的空心结构，两端分别连接光纤光栅位移传感器(7)和角速度测量结构(4)的滑块(5)，保证拉绳不随着纵向光滑杆(2)的旋转而发生缠绕。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅式风速测量装置，其特征在于，所述光纤光栅位移传感器(7)为双光纤光栅位移传感器。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅式风速测量装置，其特征在于，拉绳与弹簧(6)并联平行布设在滑块(5)的两个端点上。
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