專利名稱：光纖干涉式風(fēng)向儀及其探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)向儀，尤其涉及一種應(yīng)用光纖傳感技術(shù)實現(xiàn)的光纖干涉式風(fēng)向儀。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種可再生、無污染的綠色能源，是取之不盡、用之不竭的，而且儲量十分豐富。據(jù)估計，全球可利用的風(fēng)能總量在53000TW*h/年。風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用，將會有效減少石化能源的使用、減少溫室氣體排放、保護(hù)環(huán)境。大力發(fā)展風(fēng)能已經(jīng)成為各國政府的
重要選擇。風(fēng)向檢測對于風(fēng)力發(fā)電至關(guān)重要，隨時掌握風(fēng)向的變化，有利于提高風(fēng)力發(fā)電的效率，提高風(fēng)能利用率。風(fēng)電場選址往往在沙漠、沿海等偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力、交通等設(shè)施都不健全，因此在風(fēng)向檢測裝置安裝時必須考慮到布線、遠(yuǎn)程檢測問題，傳感器安裝受到最大的制約也是地理位置以及供電等問題。目前市場上常見風(fēng)向儀多為電子式傳感器，一般將風(fēng)向分為幾個方向，檢測風(fēng)向精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本方案針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出了一種光纖干涉式風(fēng)向儀及其探頭，它具有結(jié)構(gòu)簡單精度高的特點。一種光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，它包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的軸承，其特征是在軸承外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套，軸套與轉(zhuǎn)軸保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套上設(shè)置光信號收發(fā)裝置，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有螺旋環(huán)圈，在螺旋環(huán)圈上與光信號收發(fā)裝置相對應(yīng)設(shè)置有反光面；反光面與光信號收發(fā)裝置光線出射方向垂直。所述螺旋環(huán)圈為圓柱螺旋線。所述螺旋環(huán)圈的可以為圓環(huán)狀或者任意形狀，但是必須保證螺旋線圈上用于反射光的反射面到光收發(fā)裝置的距離在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)均有一個唯一對應(yīng)的值，并且這個值隨著角度的旋轉(zhuǎn)(0-360度)是由低到高或者由高到低單調(diào)函數(shù)變化。光信號收發(fā)裝置為帶有保護(hù)套管的光纖，光纖端面為一平面，光信號收發(fā)裝置與螺旋環(huán)圈反射面的距離保持在一定范圍，最小不能接觸(0cm)，最大時保證有光干涉信號形成。轉(zhuǎn)軸與尾翼和風(fēng)向桿連接。一種光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是它包括連接激光器和光纖干涉式風(fēng)向儀探頭的光纖耦合器，光纖干涉式風(fēng)向儀探頭返回的光信號原路經(jīng)過光纜和光纖耦合器進(jìn)入到光譜儀，光譜儀采集光譜，并將光譜轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o計算機(jī)。本方案的具體特點還有，所述光纖干涉式風(fēng)向儀探頭包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的軸承， 在軸承外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套，軸套與轉(zhuǎn)軸保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套上設(shè)置光信號收發(fā)裝置，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有螺旋環(huán)圈，在螺旋環(huán)圈上與光信號收發(fā)裝置相對應(yīng)設(shè)置有反光面；反光面與光信號收發(fā)裝置光線出射方向垂直。所述螺旋環(huán)圈為圓柱螺旋線。光信號收發(fā)裝置為帶有保護(hù)套管的光纖，光纖端面為一平面。轉(zhuǎn)軸與尾翼和風(fēng)向桿連接。本發(fā)明的有益效果是，利用采用光纖傳感技術(shù)，大大增加了傳感器的傳輸距離，當(dāng)?shù)責(zé)o需供電，采用光纖干涉技術(shù)，提高了檢測精度，可以達(dá)到1度，即可以將風(fēng)向分為360個分區(qū)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16個分區(qū)。


圖1為光纖風(fēng)向遠(yuǎn)程檢測儀系統(tǒng)原理圖；圖2為探頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為光信號收發(fā)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為光干涉光譜圖；圖5為干涉條紋周期與風(fēng)向角度對應(yīng)圖；圖6為風(fēng)向儀實驗測試數(shù)據(jù)圖。圖中1-尾翼；2-風(fēng)向桿；3-防雨罩；4-轉(zhuǎn)軸；5-螺旋環(huán)圈；6_光信號收發(fā)裝置； 7-光纖尾纖；8-軸套；9-保護(hù)套管；10-光纖；11-軸承。A-50度；B-180度；C-270度；D-320度。
具體實施例方式實施例1
如圖2所示，一種光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，它包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸4上的軸承11，在軸承11 外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套8，軸套8與轉(zhuǎn)軸4保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套8上設(shè)置光信號收發(fā)裝置6，在轉(zhuǎn)軸4上設(shè)置有螺旋環(huán)圈5，在螺旋環(huán)圈5上與光信號收發(fā)裝置6相對應(yīng)設(shè)置有反光面，反射面經(jīng)過拋光處理，具有一定的反射率，可以采用金屬反射面，也可以是介質(zhì)膜反射面，反射面的反射率越高效果越好，一般要求大于4%以上；調(diào)整光信號收發(fā)裝置的方向，使光信號收發(fā)裝置6光線出射方向與反光面垂直。所述螺旋環(huán)圈5為圓柱螺旋線。 光信號收發(fā)裝置6為帶有保護(hù)套管9的光纖，光纖端面為一平面。轉(zhuǎn)軸4與尾翼1和風(fēng)向桿2連接。在風(fēng)場中，由于受力不同會使得尾翼1始終與風(fēng)向平行，并且風(fēng)向指向尾翼1反方向；尾翼1安裝在風(fēng)向桿2上，風(fēng)向桿2連接在轉(zhuǎn)軸4上，當(dāng)風(fēng)向變化后，轉(zhuǎn)軸4隨風(fēng)向改變而改變；頂端安裝有防雨罩3，用于保護(hù)下方結(jié)構(gòu)不進(jìn)水；軸套8位置固定不變，一般與測風(fēng)塔等基座設(shè)施固定在一起，不隨風(fēng)向改變而改變；軸套8與轉(zhuǎn)軸4通過軸承11連接，軸套上固定有光信號收發(fā)裝置6，由于軸套8固定不變，因此光信號收發(fā)裝置也固定不變；如圖3 所示，光信號收發(fā)裝置6實際上為使用保護(hù)外套的光纖，它包括保護(hù)套管9和光纖10，光纖端面切端為一平面，保護(hù)套管9保護(hù)光纖10不被污染和損傷；
調(diào)整光信號收發(fā)裝置6端面與螺旋環(huán)圈5底部的光反射面垂直，螺旋環(huán)圈5底面處理為反光面，可以將光信號收發(fā)裝置6發(fā)出的光反射回去，螺旋環(huán)圈5為一螺旋式上升曲線， 為圓柱螺旋線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，它包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的軸承，其特征是在軸承外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套，軸套與轉(zhuǎn)軸保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套上設(shè)置光信號收發(fā)裝置，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有螺旋環(huán)圈，在螺旋環(huán)圈上與光信號收發(fā)裝置相對應(yīng)設(shè)置有反光面；反光面與光信號收發(fā)裝置光線出射方向垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，其特征是所述螺旋環(huán)圈為圓柱螺旋線狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，其特征是光信號收發(fā)裝置為帶有保護(hù)套管的光纖，光纖端面為一平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖干涉式風(fēng)向儀探頭，其特征是轉(zhuǎn)軸與尾翼和風(fēng)向桿連接。
5.一種光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是它包括連接激光器和光纖干涉式風(fēng)向儀探頭的光纖耦合器，光纖干涉式風(fēng)向儀探頭返回的光信號原路經(jīng)過光纜和光纖耦合器進(jìn)入到光譜儀，光譜儀采集光譜，并將光譜轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o計算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是所述光纖干涉式風(fēng)向儀探頭包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的軸承，在軸承外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套，軸套與轉(zhuǎn)軸保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套上設(shè)置光信號收發(fā)裝置，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有螺旋環(huán)圈，在螺旋環(huán)圈上與光信號收發(fā)裝置相對應(yīng)設(shè)置有反光面；調(diào)整光信號收發(fā)裝置的方向和位置，使光信號收發(fā)裝置光線出射方向與反光面垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是所述螺旋環(huán)圈為圓柱螺旋線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是光信號收發(fā)裝置為帶有保護(hù)套管的光纖，光纖端面為一平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是轉(zhuǎn)軸與尾翼和風(fēng)向桿連接。
全文摘要
一種光纖干涉式風(fēng)向儀，其特征是它包括連接激光器和光纖干涉式風(fēng)向儀探頭的光纖耦合器，光纖干涉式風(fēng)向儀探頭返回的光信號原路經(jīng)過光纜和光纖耦合器進(jìn)入到光譜儀，光譜儀采集光譜，并將光譜轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o計算機(jī)。所述光纖干涉式風(fēng)向儀探頭包括設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的軸承，在軸承外圈設(shè)置有固定在基座上的軸套，軸套與轉(zhuǎn)軸保持相對轉(zhuǎn)動，在軸套上設(shè)置光信號收發(fā)裝置，在轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有螺旋環(huán)圈，在螺旋環(huán)圈上與光信號收發(fā)裝置相對應(yīng)設(shè)置有反光面；反光面與光信號收發(fā)裝置光線出射方向垂直。從而使得干涉條紋間距與風(fēng)向角度產(chǎn)生一對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)風(fēng)向檢測。
文檔編號G01P13/02GK102288786SQ20111023087
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者倪家升, 劉小會, 劉真梅, 宋志強(qiáng), 王昌, 翟瑞占, 趙燕杰, 趙維崧 申請人:山東省科學(xué)院激光研究所