專利名稱：一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器,屬于光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)是所有氣象觀測的基本要素中隨時間變化最劇烈且最重要的要素之一，在航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和氣象等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前世界上風(fēng)速風(fēng)向傳感器種類眾多，按輸出量來分，風(fēng)速傳感器主要有脈沖計(jì)數(shù)、模擬量、偏轉(zhuǎn)角、數(shù)字信號等，風(fēng)向傳感器主要有開關(guān)量、模擬量、格雷碼等，這些傳感器涉及到的測量方法主要包括旋轉(zhuǎn)、壓力、熱線、漩渦和聲學(xué)等。而在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)這些傳感器在抗電磁干擾、電絕緣性能、維護(hù)周期、抗環(huán)境溫度干擾、機(jī)械性能、測量間隔、通信信號穩(wěn)定性等方面普遍存在問題。與本發(fā)明接近的技術(shù)是輸電線路覆冰監(jiān)測用光纖布拉格光柵風(fēng)速傳感器及系統(tǒng)(參見文獻(xiàn)李成榕，馬國明，“輸電線路覆冰監(jiān)測用光纖布拉格光柵風(fēng)速傳感器及系統(tǒng)”，發(fā)明專利說明書，2010年12月，申請?zhí)?201010621828. 0，申請公布號:CN102175888A)。該發(fā)明采用平面受壓板、直線軸承、懸臂梁和光纖光柵的結(jié)構(gòu)，及4個傳感器按正交坐標(biāo)系處于同一水平面的布置方式對風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行測量。由于采用平板結(jié)構(gòu)，風(fēng)阻由受壓板到懸臂梁的傳遞易受風(fēng)速、風(fēng)向及風(fēng)內(nèi)雜質(zhì)的影響；采用直線軸承結(jié)構(gòu)及正交坐標(biāo)系的布置方式，傳感器受軸承摩擦力影響所產(chǎn)生的遲滯較大，存在卡滯現(xiàn)象隱患，傳感器測量精度和靈敏度較低；4個傳感器按正交坐標(biāo)系的方式布置于同一水平面，互相遮擋，每個風(fēng)杯在測量時都會受其它風(fēng)杯產(chǎn)生的尾流影響，傳感器測量精度和靈敏度受空氣湍流的影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器,利用光纖光柵信息材料體積小、成本低、非電量傳感傳輸、高精度、抗電磁干擾和使用壽命長等特殊物理屬性，實(shí)現(xiàn)鐵路港口裝卸機(jī)械、高層建筑、塔吊、大橋、機(jī)場、電廠、鐵塔、礦山、高層設(shè)備、船舶、氣象等風(fēng)荷載警報(bào)控制單位的風(fēng)速風(fēng)向?qū)崟r在線監(jiān)測，抗干擾性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，所采取的技術(shù)方案是風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器由2#光纖Bragg光柵1、1#等強(qiáng)度懸臂梁2、3#光纖Bragg光柵3、2#風(fēng)杯4、4#光纖Bragg光柵5、1#風(fēng)杯6、插槽7、防風(fēng)罩頂端長方形開口 8、1#光纖Bragg光柵9、防風(fēng)罩10、凸臺底座11、凸臺上半部12、光纖引出孔13、咬合式壓片14、6#光纖Bragg光柵15、3#風(fēng)杯16、5#光纖Bragg光柵17、2#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔18、1#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔19、3#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔20、彈簧式壓片21、固定螺栓22、風(fēng)杯反面23、風(fēng)杯正面24、風(fēng)杯側(cè)棱25、輸入輸出光纖26、2#等強(qiáng)度懸臂梁27和3#等強(qiáng)度懸臂梁28組成，1#風(fēng)杯6、2#風(fēng)杯4和3#風(fēng)杯16互成120°角，1#風(fēng)杯6中心軸線垂直于正北方；1#風(fēng)杯6、2#風(fēng)杯4和3#風(fēng)杯16的風(fēng)杯側(cè)棱25開槽至風(fēng)杯中心，并在風(fēng)杯中心處分別與三個等強(qiáng)度懸臂梁自由端連接，1#等強(qiáng)度懸臂梁2、2#等強(qiáng)度懸臂梁27和3#等強(qiáng)度懸臂梁28采用螺旋上升式通過固定螺栓22和彈簧式壓片21固定于凸臺上半部12，1#光纖Bragg光柵9、2#光纖Bragg光柵I耦合后對稱粘貼于1#等強(qiáng)度懸臂梁2正反表面的中心軸線上，3#光纖Bragg光柵3、4#光纖Bragg光柵5耦合后對稱粘貼于2#等強(qiáng)度懸臂梁27的正反表面中心軸線上,5#光纖Bragg光柵17、6#光纖Bragg光柵15稱合后對稱粘貼于3#等強(qiáng)度懸臂梁28的正反表面中心軸線上，3個等強(qiáng)度懸臂梁的6支光纖Bragg光柵通過輸入輸出光纖26在凸臺底座11內(nèi)I禹合，輸入輸出光纖26通過咬合式壓片14固定于凸臺底座11上，最后輸入輸出光纖26經(jīng)光纖引出孔13連接于光纖光柵信號解調(diào)儀。1#光纖Bragg光柵9、3#光纖Bragg光柵3和5#光纖Bragg光柵17為測量光柵，2#光纖Bragg光柵1、4#光纖Bragg光柵5和6#光纖Bragg光柵15為溫補(bǔ)光柵。輸入輸出光纖26由絕緣耐壓耐高溫材質(zhì)封裝。防風(fēng)罩10套在等強(qiáng)度懸臂梁上，不與懸臂梁接觸，由螺栓22和彈簧壓片21固定于凸臺上半部12，且防風(fēng)罩10頂端處留有長方形開口 8。I#風(fēng)杯6、2#風(fēng)杯4和3#風(fēng)杯16均為正反雙凹球面式，每個風(fēng)杯的正反兩個球面中心軸線與水平面平行。本發(fā)明的使用過程:3個風(fēng)杯將受到的風(fēng)阻分別傳遞到等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，風(fēng)阻引起粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁正反表面中心軸線上的光纖Bragg光柵發(fā)生波長移位，分別測出3組光纖Bragg光柵波長移位
量
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器,其特征是:所述風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器由2#光纖Bragg光柵(I)、1#等強(qiáng)度懸臂梁(2 )、3#光纖Bragg光柵(3 )、2#風(fēng)杯(4)、4#光纖Bragg光柵(5)、1#風(fēng)杯(6)、插槽(7)、防風(fēng)罩頂端長方形開口(8)、1#光纖Bragg光柵(9)、防風(fēng)罩(10)、凸臺底座(11)、凸臺上半部(12)、光纖引出孔(13)、咬合式壓片(14)、6#光纖Bragg光柵(15)、3#風(fēng)杯(16)、5#光纖Bragg光柵(17)、2#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔(18)、1#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔(19)、3#等強(qiáng)度懸臂梁固定螺紋孔(20)、彈簧式壓片(21)、固定螺栓(22)、風(fēng)杯反面(23)、風(fēng)杯正面(24)、風(fēng)杯側(cè)棱(25)、輸入輸出光纖(26 )、2#等強(qiáng)度懸臂梁(27 )和3#等強(qiáng)度懸臂梁(28 )組成，1#風(fēng)杯(6 )、2#風(fēng)杯(4 )和3#風(fēng)杯(16)互成120°角，1#風(fēng)杯(6)中心軸線垂直于正北方；1#風(fēng)杯(6)、2#風(fēng)杯(4)和3#風(fēng)杯(16)的風(fēng)杯側(cè)棱(25)開槽至風(fēng)杯中心，并在風(fēng)杯中心處分別與三個等強(qiáng)度懸臂梁自由端連接，1#等強(qiáng)度懸臂梁(2)、2#等強(qiáng)度懸臂梁(27)和3#等強(qiáng)度懸臂梁(28)采用螺旋上升式通過固定螺栓(22)和彈簧式壓片(21)固定于凸臺上半部(12)，1#光纖Bragg光柵(9)、2#光纖Bragg光柵(I)耦合后對稱粘貼于1#等強(qiáng)度懸臂梁(2)正反表面的中心軸線上，3#光纖Bragg光柵(3)、4#光纖Bragg光柵(5)稱合后對稱粘貼于2#等強(qiáng)度懸臂梁(27)的正反表面中心軸線上，5#光纖Bragg光柵(17),6#光纖Bragg光柵(15)耦合后對稱粘貼于3#等強(qiáng)度懸臂梁(28)的正反表面中心軸線上，3個等強(qiáng)度懸臂梁的6支光纖Bragg光柵通過輸入輸出光纖(26)在凸臺底座(11)內(nèi)I禹合，輸入輸出光纖(26)通過咬合式壓片(14)固定于凸臺底座(11)上，最后輸入輸出光纖(26)經(jīng)光纖引出孔(13)連接于光纖光柵信號解調(diào)儀。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:1#光纖Bragg光柵(9 )、3#光纖Bragg光柵(3 )和5#光纖Bragg光柵(17 )為測量光柵，2#光纖Bragg光柵(1)、4#光纖Bragg光柵(5)和6#光纖Bragg光柵(15)為溫補(bǔ)光柵。
3.按照權(quán)利要求1所述的風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:輸入輸出光纖(26)由絕緣耐壓耐高溫材質(zhì)封裝。
4.按照權(quán)利要求1所 述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:防風(fēng)罩(10)套在等強(qiáng)度懸臂梁上，不與懸臂梁接觸，由螺栓(22)和彈簧壓片(21)固定于凸臺上半部(12)，且防風(fēng)罩(10)頂端處留有長方形開口(8)。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:1#風(fēng)杯(6)、2#風(fēng)杯(4)和3#風(fēng)杯(16)均為正反雙凹球面式,每個風(fēng)杯的正反兩個球面中心軸線與水平面平行。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:·3個風(fēng)杯將受到的風(fēng)阻分別傳遞到等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，風(fēng)阻引起粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁正反表面中心軸線上的光纖Bragg光柵發(fā)生波長移位，分別測出3組光纖Bragg光柵波長移位量 、" 、A3，利用公式:
7.按照權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:在利用公式
8.按照權(quán)利要求6所述的一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征是:當(dāng)風(fēng)向角闕。膠勝時，計(jì)算風(fēng)速的公式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)杯式光纖Bragg光柵風(fēng)速風(fēng)向傳感器，屬于光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。三個風(fēng)杯互成120°角，1#風(fēng)杯中心軸線垂直于正北方；三個風(fēng)杯側(cè)棱開槽至風(fēng)杯中心，并在風(fēng)杯中心處分別與三個等強(qiáng)度懸臂梁自由端連接，三個等強(qiáng)度懸臂梁采用螺旋上升式固定于凸臺上半部，每兩個光柵耦合后分別對稱粘貼于每個等強(qiáng)度懸臂梁正反表面的中心軸線上，6支光纖Bragg光柵通過輸入輸出光纖在凸臺底座內(nèi)耦合，最后輸入輸出光纖連接于光纖光柵信號解調(diào)儀。本發(fā)明利用光纖光柵信息材料體積小、抗電磁干擾和使用壽命長等特殊物理屬性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)荷載警報(bào)控制單位的風(fēng)速風(fēng)向?qū)崟r在線監(jiān)測，抗干擾性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高。
文檔編號G01P5/02GK103076463SQ20131000183
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者李川, 李曉龍, 王達(dá)達(dá), 張少泉, 陳云, 劉楊, 周亞平 申請人:昆明理工大學(xué), 云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院