本技術(shù)屬于冰風載荷測量，具體涉及一種光纖光柵式冰風載荷傳感器。

背景技術(shù)：

1、風速風向測量是氣象、電網(wǎng)運行、風電、航空等行業(yè)共同關(guān)注的核心環(huán)境參數(shù)之一。

2、對于風速風向測量，現(xiàn)有技術(shù)方案1是：“一種自供電全向性風速風向傳感器”(cn202211205665.7)。該申請涉及風向監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自供電全向性風向風速傳感器，包括底座、柔性支撐桿、絕緣球殼、柔性懸掛桿、小磁球和柔性線圈；底座內(nèi)置傳感器電路，絕緣球殼通過柔性支撐桿安裝在底座的上方，內(nèi)壁上貼滿柔性線圈，并通過導線將電動勢信號引出，內(nèi)部通過柔性懸掛桿懸掛一個小磁球，當柔性支撐桿隨風擺動時，絕緣球殼內(nèi)部的柔性懸掛桿帶著小磁球開始擺動，此時，柔性線圈中通過的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應電動勢。感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率。該實用新型的主體結(jié)構(gòu)為球形，當受到任意方向的風作用時，風向和風力引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部磁通量變化，通過觀察感應電動勢的大小和輸出通道(當風向風速不同時，貼在球內(nèi)壁不同位置的線圈輸出的電動勢不同)，就可以對風力和風向做出判斷。

3、現(xiàn)有技術(shù)方案2是：“一種簡易的風向風速傳感器”(cn?201510966468)。該申請公開了一種簡易的風向風速傳感器，包括底座、支架固定在底座上，感應框設置在底座的上端面上,風敏桿懸掛在支架上,風敏桿位于感應框的中心軸處,風敏桿的自由端低于感應框的上沿，感應框的每一個邊的內(nèi)側(cè)均設有應力傳感器，應力傳感器將檢測到的信號傳送給風速轉(zhuǎn)換電路模塊,風速轉(zhuǎn)換電路模塊與顯示屏電連接，電源模塊提供電源。

4、上述兩個現(xiàn)有技術(shù)均采用電磁感應的電壓作為輸出量來感測風向和風力，而感應電動勢易受輸電線路自身的復雜電磁環(huán)境干擾，且響應較遲緩，不適用輸電線路中的風場的矢量和實時測量的需求；而且傳感器產(chǎn)生的信號需通過公網(wǎng)或無線組網(wǎng)跳轉(zhuǎn)的方式傳回變電站，對于處于無公網(wǎng)區(qū)的長距離輸電線路而言，存在信號傳輸困難的問題。

5、尤其對于遠距離輸電的超高壓和特高壓輸電線路而言，經(jīng)常暴露在野外惡劣環(huán)境，對線路周邊風速風向進行監(jiān)測的常規(guī)傳感器面臨諸多挑戰(zhàn)，包括：其運行的電磁環(huán)境復雜，傳感器可靠性低；長期運行時傳感器供電困難，尤其長期處于低溫陰冷條件時，容易出現(xiàn)供電不足，無法正常工作的情況；對于處于無公網(wǎng)信號區(qū)的線路，監(jiān)測信號難以向外傳輸；特別是上述現(xiàn)有風速風向測量裝置在雨雪冰凍天氣后，如上述柔性支撐桿的測量結(jié)構(gòu)容易被覆冰凍結(jié)，但監(jiān)測方并不能得知覆冰狀態(tài)，此時傳感器所采集到的數(shù)據(jù)不能正常反應實際風速風量數(shù)據(jù)，容易使監(jiān)測方記錄錯誤數(shù)據(jù)，無法正常發(fā)揮作用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，所述傳感器包括支撐底座、與所述支撐底座連接的彈性支撐稱重機構(gòu)、設置在所述彈性支撐稱重機構(gòu)頂部的風載荷傳感機構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；

2、所述風載荷傳感機構(gòu)包括風載荷光纖光柵組；

3、所述彈性支撐稱重機構(gòu)包括第一光纖光柵；

4、所述風載荷光纖光柵組用于測量風速和風向，所述第一光纖光柵用于通過稱重判斷是否結(jié)冰。

5、優(yōu)選的，所述彈性支撐稱重機構(gòu)還包括：覆蓋于所述支撐底座的外罩、設置在所述外罩和支撐底座之間的彈性支桿；所述第一光纖光柵固定于所述彈性支桿上；所述外罩與支撐底座豎向滑動連接；所述彈性支桿底端與支撐底座固定，所述彈性支桿頂端與外罩內(nèi)側(cè)抵接。

6、優(yōu)選的，所述風載荷傳感機構(gòu)還包括設置在所述外罩頂部的迎風桿；

7、所述風載荷光纖光柵組包括多個固定于所述迎風桿的第二光纖光柵，多個第二光纖光柵沿所述迎風桿周向均勻布設；

8、多個所述第二光纖光柵用于測量風速和風向。

9、優(yōu)選的，所述風載荷傳感機構(gòu)還包括設置在所述外罩頂部的迎風桿和多個懸空安裝在外罩頂部的風向測量增敏單元，多個所述風向測量增敏單元以外罩中心為環(huán)繞中心點呈環(huán)形陣列布設；

10、所述風載荷光纖光柵組包括固定于所述迎風桿的第二光纖光柵和多個對應分設在多個所述風向測量增敏單元上的第三光纖光柵；

11、所述第二光纖光柵用于測量風速，多個第三光纖光柵用于測量風向。

12、優(yōu)選的，所述迎風桿頂部同軸設置有風速增敏球。

13、優(yōu)選的，所述風向測量增敏單元包括懸空安裝在外罩頂部上表面的懸臂梁和設置在懸臂梁懸空端的風向增敏球；所述第三光纖光柵沿所述懸臂梁長度方向水平貼附固定于懸臂梁。

14、優(yōu)選的，所述外罩上表面開設有供懸臂梁懸空安裝的凹槽，多個懸臂梁的懸空端均朝向迎風桿布設。

15、優(yōu)選的，所述凹槽靠近外罩外側(cè)的槽壁底部開設有與外部連通的排水通孔。

16、優(yōu)選的，所述外罩與支撐底座之間通過設置滑軌豎向滑動連接；

17、所述滑軌的數(shù)量為多個，多個滑軌沿支撐底座周向均勻布設。

18、優(yōu)選的，所述滑軌的底部高于支撐底座底部。

19、與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果如下：

20、本實用新型提供了一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，傳感器包括支撐底座、與支撐底座連接的彈性支撐稱重機構(gòu)、設置在彈性支撐稱重機構(gòu)頂部的風載荷傳感機構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；風載荷傳感機構(gòu)包括用于測量風速和風向的風載荷光纖光柵組；彈性支撐稱重機構(gòu)包括用于稱重的第一光纖光柵；該傳感器通過采用風載荷光纖光柵組測量風載荷，無需風向標等可動部件，使覆冰不嚴重的狀態(tài)下也能得到風載荷傳感數(shù)據(jù)；同時采用第一光纖光柵在不影響其頂部風載荷光纖光柵組正常工作的情況下測量冰載荷，也無需可動部件，無需供電、傳感信號能夠抗電磁干擾、在無公網(wǎng)的情況下實現(xiàn)傳感信號的遠距離傳輸；結(jié)合風載荷光纖光柵組和第一光纖光柵，能夠使監(jiān)測方獲取傳感器覆冰狀態(tài)，當覆冰嚴重干擾風載荷測量時，避免記錄錯誤風載荷數(shù)據(jù)，從而得到更加準確、真實的風載荷傳感數(shù)據(jù)，使后續(xù)風載荷測量結(jié)果更加準確。

技術(shù)特征：

1.一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述傳感器包括支撐底座(1)、與所述支撐底座(1)連接的彈性支撐稱重機構(gòu)、設置在所述彈性支撐稱重機構(gòu)頂部的風載荷傳感機構(gòu)；所述支撐底座(1)固定于桿塔(b6)上部；

2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述彈性支撐稱重機構(gòu)還包括：覆蓋于所述支撐底座(1)的外罩(2)、設置在所述外罩(2)和支撐底座(1)之間的彈性支桿(4)；所述第一光纖光柵(5)固定于所述彈性支桿(4)上；所述外罩(2)與支撐底座(1)豎向滑動連接；所述彈性支桿(4)底端與支撐底座(1)固定，所述彈性支桿(4)頂端與外罩(2)內(nèi)側(cè)抵接。

3.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述風載荷傳感機構(gòu)還包括設置在所述外罩(2)頂部的迎風桿(6)；

4.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述風載荷傳感機構(gòu)還包括設置在所述外罩(2)頂部的迎風桿(6)和多個懸空安裝在外罩(2)頂部的風向測量增敏單元，多個所述風向測量增敏單元以外罩(2)中心為環(huán)繞中心點呈環(huán)形陣列布設；

5.如權(quán)利要求3或4所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述迎風桿(6)頂部同軸設置有風速增敏球(8)。

6.如權(quán)利要求4所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述風向測量增敏單元包括懸空安裝在外罩(2)頂部上表面的懸臂梁(9)和設置在懸臂梁(9)懸空端的風向增敏球(11)；所述第三光纖光柵(10)沿所述懸臂梁(9)長度方向水平貼附固定于懸臂梁(9)。

7.如權(quán)利要求6所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述外罩(2)上表面開設有供懸臂梁(9)懸空安裝的凹槽(12)，多個懸臂梁(9)的懸空端均朝向迎風桿(6)布設。

8.如權(quán)利要求7所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述凹槽(12)靠近外罩(2)外側(cè)的槽壁底部開設有與外部連通的排水通孔(13)。

9.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述外罩(2)與支撐底座(1)之間通過設置滑軌(3)豎向滑動連接；

10.如權(quán)利要求9所述的一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，其特征在于，所述滑軌(3)的底部高于支撐底座(1)底部。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供了一種光纖光柵式冰風載荷傳感器，傳感器包括支撐底座、與支撐底座連接的彈性支撐稱重機構(gòu)、設置在彈性支撐稱重機構(gòu)頂部的風載荷傳感機構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；風載荷傳感機構(gòu)包括用于測量風速和風向的風載荷光纖光柵組；彈性支撐稱重機構(gòu)包括用于稱重的第一光纖光柵；該傳感器通過采用風載荷光纖光柵組測量風載荷，采用第一光纖光柵測量冰載荷，無需供電、傳感器信號能夠抗電磁干擾、在無公網(wǎng)的情況下實現(xiàn)傳感信號的遠距離傳輸，同時能夠使監(jiān)測方獲取傳感器覆冰狀態(tài)，當覆冰嚴重，干擾風載荷測量時避免記錄錯誤風載荷數(shù)據(jù)，防止正確數(shù)據(jù)污染。

技術(shù)研發(fā)人員：姬昆鵬,劉暢,漢京善,朱尤祥,王立君,王世豪,展思杰,楊加倫,趙彬,展雪萍,王劍,張國強,張立春,李孟軒,李鵬
受保護的技術(shù)使用者：中國電力科學研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240228
技術(shù)公布日：2024/11/18