CN204945162U - 一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置，包括：风向标、方向同步感应结构、两个悬臂梁结构及两个光纤光栅应变传感器；所述方向同步感应结构与所述风向标的转轴垂直设置，且随所述风向标的转动而转动；所述两个悬臂梁结构均与所述方向同步感应结构刚性接触，且两个悬臂梁结构所在的平面相互垂直；所述两个光纤光栅应变传感器分别位于所述两个悬臂梁结构上。本实用新型具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、扰抗腐蚀的优点，并且集信息传感与传输于一身。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置。
背景技术
自从1989年美国的Morey等人首次进行光纤光栅的应变与温度传感器研究以来，世界各国都对其十分关注并开展了广泛的应用研究，光纤光栅传感技术在近二十多年中己成为传感领域发展最快的技术，并在很多领域取得了成功的应用。
传统的电子式传感器较容易受到传感器本身条件的限制和各种外界环境因素的干扰。比如传统电子式传感器有源的供电方式、远距离传输时信号的不稳定性和衰减、外界磁场的干扰等各种因素。而传统的电子式测量风向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、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。
实用新型内容
针对现有技术的风向测量技术受到有源供电、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，限制了其安全性和可靠性的缺陷，本实用新型提供了一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置。
第一方面，本实用新型提供了一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置，该装置包括：风向标、方向同步感应结构、两个悬臂梁结构及两个光纤光栅应变传感器；
所述方向同步感应结构与所述风向标的转轴垂直设置，且随所述风向标的转动而转动；
所述两个悬臂梁结构均与所述方向同步感应结构刚性接触，且两个悬臂梁结构所在的平面相互垂直；
所述两个光纤光栅应变传感器分别位于所述两个悬臂梁结构上。
优选地，所述方向同步感应结构为不规则的曲面。
优选地，所述方向同步感应结构的截面包括：两个相对设置的两个扇形、及两个相对设置的椭圆扇形；
所述两个扇形及两个椭圆扇形的圆心角均为90度，且两个扇形、两个椭圆扇形的顶点重合设置；一个扇形的半径为a，另一个扇形的半径为b，两个椭圆扇形的长轴为b，短轴为a；
其中，a、b均大于0，且b大于a。
优选地，所述两个悬臂梁结构均与所述不规则的曲面相切设置。
优选地，所述风向测量装置还包括底座；
所述风向标的转轴、所述两个悬臂梁结构的一侧均固定于所述底座上。
优选地，所述方向同步感应结构包括通孔；所述风向标的转轴通过所述通孔与所述方向同步感应结构焊接。
由上述技术方案可知，本实用新型提供一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置，通过风向标转动带动方向同步感应结构转动，方向同步感应结构与悬臂梁结构接触使得悬臂梁结构发生形变，并通过光纤光栅应变传感器感应悬臂梁结构的形变并采集数据，从而确定风向。本实用新型提供的风向测量装置采用两个光纤光栅应变传感器，一方面可以有效补偿温度的交叉敏感,另一方面可大大提高本风向测量方法的灵敏性与准确性；而且具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、扰抗腐蚀的优点，并且集信息传感与传输于一身。
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，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1是本实用新型一实施例提供的一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例提供的一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，为本实用新型一实施例提供的一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置的结构示意图，该装置包括：风向标、方向同步感应结构、两个悬臂梁结构及两个光纤光栅应变传感器。
其中，所述方向同步感应结构与所述风向标的转轴垂直设置，且随所述风向标的转动而转动。
所述两个悬臂梁结构均与所述方向同步感应结构刚性接触，且两个悬臂梁结构所在的平面相互垂直。
所述两个光纤光栅应变传感器分别位于所述两个悬臂梁结构上。
本实施例包含两个光纤光栅应变传感器，波长变化进行做差处理，这样可以有效地排除单个光纤光栅应变传感器的交叉敏感，排除温度对波长值的影响，使结果更精确。
本实施例中，所述方向同步感应结构为不规则的曲面。方向同步感应结构由刚性材料制作而成。
如图2所示，所述方向同步感应结构的截面包括：两个相对设置的两个扇形、及两个相对设置的椭圆扇形；
所述两个扇形及两个椭圆扇形的圆心角均为90度，且两个扇形、两个椭圆扇形的顶点重合设置。
其中，一个扇形的半径为a，另一个扇形的半径为b，两个椭圆扇形的长轴为b，短轴为a；其中，a、b均大于0，且b大于a。
本实施例中，所述两个悬臂梁结构均与所述不规则的曲面相切设置。
本实施例中，如图1所示，所述风向测量装置还包括底座，该底座为一个水平的平面结构。
所述风向标的转轴、所述两个悬臂梁结构的一侧均固定于所述底座上。
本实施例中，所述方向同步感应结构包括通孔；所述风向标的转轴通过所述通孔与所述方向同步感应结构焊接。
本实施例中的方向同步感应结构与风向标通过焊接直接接触且主体部分与风向标垂直放置。随着风向标旋转角度的变化，会带动与其垂直放置的方向同步感应结构，发生同样的角度变化。悬臂梁结构用于将方向同步感应装置旋转角度的变化量转变为自身弯曲量。数据采集依靠的是光纤光栅应变传感器，双光纤光栅应变传感器通过焊接方式与悬臂梁连接。两个互相垂直的悬臂梁从两个不同且相邻的方位(例如：北和东)，感应不均匀曲面的旋转造成悬臂梁的实时弯曲程度，以此来实时判断风向。
如图1所示，与两个光纤光栅应变传感器焊接在一起的悬臂梁和风向标的转轴平行放置，两者下端都固定在整个装置的底座的。固定后，两悬臂梁和风向同步感应装置均直接刚性接触，不均匀曲面圆盘转动过程中，悬臂梁发生弯曲变化且始终与转盘刚性接触。圆盘通过与转动金属杆焊接在一起，两悬臂梁互成九十度。与不均匀曲面两个监测点的悬臂梁会因风向改变而导致相对不同程度的弯曲，即将风与初始位置的角度变化量转变为自身弯曲量。
光纤光栅应变传感器用于采集实时数据，感应悬臂梁的弯曲程度，风向标无论转到任何方位，两个悬臂梁的弯曲程度的组合效果在360度旋转的范围内都始终是独一无二的。举例来说，如图2所示，当风向标指向北方时，与两个悬臂梁接触的方向同步感应装置如图2(1)所示；当风向标指向东方时，与两个悬臂梁接触的方向同步感应装置如图2(2)所示；当风向标指向南方时，与两个悬臂梁接触的方向同步感应装置如图2(3)所示；风向标指向西方时，与两个悬臂梁接触的方向同步感应装置如图2(4)所示。由此可见，根据光纤光栅应变传感器能够感应悬臂梁的形变，从而可确定方向同步感应装置当前的位置，如此可确定唯一对应的风向。
本实施例提供了一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置，通过风向标转动带动方向同步感应结构转动，方向同步感应结构与悬臂梁结构接触使得悬臂梁结构发生形变，并通过光纤光栅应变传感器感应悬臂梁结构的形变并采集数据，从而确定风向。本实用新型提供的风向测量装置具有无源化、抗电磁干扰、精度高、体积小质量轻、扰抗腐蚀的优点，并且集信息传感与传输于一身。
应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上实施方式仅适于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种基于光纤光栅应变传感器的风向测量装置，其特征在于，该装置包括：风向标、方向同步感应结构、两个悬臂梁结构及两个光纤光栅应变传感器；
所述方向同步感应结构与所述风向标的转轴垂直设置，且随所述风向标的转动而转动；
所述两个悬臂梁结构均与所述方向同步感应结构刚性接触，且两个悬臂梁结构所在的平面相互垂直；
所述两个光纤光栅应变传感器分别位于所述两个悬臂梁结构上。
2.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述方向同步感应结构为不规则的曲面。
3.根据权利要求2所述的风向测量装置，其特征在于，所述方向同步感应结构的截面包括：两个相对设置的两个扇形、及两个相对设置的椭圆扇形；
所述两个扇形及两个椭圆扇形的圆心角均为90度，且两个扇形、两个椭圆扇形的顶点重合设置；一个扇形的半径为a，另一个扇形的半径为b，两个椭圆扇形的长轴为b，短轴为a；
其中，a、b均大于0，且b大于a。
4.根据权利要求2所述的风向测量装置，其特征在于，所述两个悬臂梁结构均与所述不规则的曲面相切设置。
5.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述风向测量装置还包括底座；
所述风向标的转轴、所述两个悬臂梁结构的一侧均固定于所述底座上。
6.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述方向同步感应结构包括通孔；所述风向标的转轴通过所述通孔与所述方向同步感应结构焊接。
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| CN110146724A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-20 | 中国华能集团有限公司 | 一种风向检测装置及方法 |
| CN115656552A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-01-31 | 北京精诚恒创科技有限公司 | 一种基于光纤光栅的风向传感器及风向测量方法 |
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