[实用新型]一种光纤光栅风速风向传感器

说明书

本申请涉及一种光纤光栅风速风向传感器，包括薄壁圆筒和封装体，薄壁圆筒的中间上部挖空，在此区域安装有第三等强度悬臂梁，在第三等强度悬臂梁上下表面的中轴线上分别对称粘贴光纤光栅传感器；还包括设置在封装体内的方向凸轮、圆柱凸轮和推杆，封装体内部一侧在上下部分分别连接一个水平的等强度悬臂梁，在封装体的顶侧悬挂安装一个竖直的等强度悬臂梁，等强度悬臂梁两面粘贴光纤光栅传感器，自由端设有永磁体，以感应等强度悬臂梁上永磁体受到的磁力变化。本申请结构轻巧、不易损坏，利用光纤光栅体积小、抗电磁干扰、电绝缘性能好和运输容量大等物理属性，实现了对风速风向的实时在线监测。

技术领域

本申请涉及一种光纤光栅风速风向传感器，适用于风速风向检测的技术领域。

背景技术

风速风向测量技术应用领域十分广泛：在农业领域，风速的大小对农田的收成有重要影响；在气象领域，为海洋气象预警系统提供准确的风向变化数据，风速风向是预测台风覆盖范围以及“运行”轨迹的重要参数之一；在清洁能源领域，国家对风能开发利用给予高度重视。目前常用风速风向测量手段有：电容式力传感器、超声波式力传感器、压阻式力传感器。上述传感器均需有源供电，且传感信号在传输的过程中容易受到电磁干扰。

中国专利申请201310678153.7公开了一种光纤Bragg光栅动态风速风向仪及其使用方法，包括叶轮1、叶轮转轴2、转速凸轮3、风向标转轴4、尾翼5、轴承6、紧固螺丝7、方向凸轮8、光纤Bragg光栅9、等强度悬臂梁10、底座11、角度凸轮12；所述叶轮1与叶轮转轴2连接，叶轮转轴2上设置转速凸轮3，叶轮转轴2一侧设置等强度悬臂梁10，等强度悬臂梁10通过紧固螺丝7与风向标转轴4固定连接，风向标转轴4通过轴承6与底座11连接，风向标转轴4尾部设有尾翼5，风向标转轴4上设置有方向凸轮8和角度凸轮12，风向标转轴4两侧设置有等强度悬臂梁10，等强度悬臂梁10固定在底座11上，光纤Bragg光栅9粘贴在等强度悬臂梁10表面中心轴线上。该专利是通过转速凸轮和角度凸轮的凸出部分撞击等强度悬臂梁使其发生挠度变化，并通过光纤光栅解调仪对波长变化次数进行计数，通过得到的计数就能得到转速凸轮旋转的周数，从而获得转速凸轮的旋转频率和旋转角度。该种方式依赖于部件之间的相互撞击，长期使用以后会导致部件损坏和精度不准确，而且没有考虑到温度对测量设备的影响，精度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种光纤光栅风速风向传感器，其结构轻巧、不易损坏，利用光纤光栅体积小、抗电磁干扰、电绝缘性能好和运输容量大等物理属性，实现了对风速风向的实时在线监测。

根据本申请的一种光纤光栅风速风向传感器，包括薄壁圆筒和封装体，薄壁圆筒与转轴连接并通过转轴设置在封装体的上方，薄壁圆筒的两端开口，在其一端设置有尾翼，薄壁圆筒的中间上部挖空，在此区域安装有第三等强度悬臂梁，在第三等强度悬臂梁上下表面的中轴线上分别对称粘贴光纤光栅传感器；

所述光纤光栅风速风向传感器还包括设置在封装体内的方向凸轮、圆柱凸轮和推杆，圆柱凸轮的外表面从上到下设有螺旋状的连续凹槽，推头容纳在连续凹槽中并可沿连续凹槽滑动，所述推头和所述推杆通过连杆连接，推杆的上下表面分别设有第一磁体和第二磁体；

封装体内部一侧在上下部分分别连接一个水平的等强度悬臂梁，在上部的水平的等强度悬臂梁的下表面自由端和下部的水平的等强度悬臂梁的上表面自由端分别设置有永磁体，在上部的水平的等强度悬臂梁和下部的水平的等强度悬臂梁的上下表面分别设有光纤光栅传感器；

在封装体的顶侧悬挂安装一个竖直的等强度悬臂梁，在该竖直的等强度悬臂梁的两面粘贴有光纤光栅传感器，所述方向凸轮旋转时能够周期性地撞击所述竖直的等强度悬臂梁，使其产生应变。

优选地，所述转轴可以通过轴承固定在封装体上方的安装孔内；所述薄壁圆筒可以为铝合金圆筒，并和转轴焊接在一起；所述方向凸轮和所述圆柱凸轮嵌套在所述转轴上，所述方向凸轮和所述圆柱凸轮间隔开。

本申请的有益技术效果在于：