高精度可连续测量的光电式风向传感器及风向测量方法技术

一种高精度可连续测量的光电式风向传感器，包括单风向标、圆形渐变滤波片、光学组件和主控电路板，单风向标与竖直设置的转轴连接，圆形渐变滤波片穿设固定在转轴上，光学组件包括分别安装在圆形渐变滤波片上下两侧的第一光纤准直器和第二光纤准直器，主控电路板包括主控电路及与主控电路连接的激光器和光电探测器；激光器发出的光经由光纤传输到第一光纤准直器，再经由圆形渐变滤波片透射到第二光纤准直器后由光电探测器检测；主控电路根据光电探测器检测的透射光得到透射光强，进而根据透射光强和滤波片透射光强随着圆周角度的变化系数计算得到风向角度值。本发明专利技术还提供一种风向测量的方法。本发明专利技术可以不受电磁干扰的影响，提高风向的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及光电子测量
，具体是一种高精度可连续测量的光电式风向传 感器及风向测量方法。
技术介绍
风向是自然环境的重要信息参数。当前社会日益注重全球环境保护，而风向也越 来越需要在大范围被实时、精确地测量出来。风向传感器主要用于建筑、机械、铁路、港口、 气象、索道、环境、溫室、养殖、交通等各行各业的风向观测，为人们的生产和生活提供准确、 可靠的气象信息。 阳00引中国专利公开了一种"风向传感器"（公开号CN2537013,公开日2003年2月19日），它由拨盘、转抽、码盘、轴承、轴座、线路板、管座、插座、发光管、光电管，还有上夹板、下 夹板、螺丝构成，其中上夹板、线路板、下夹板上的安装孔用夹模一次加工而成，用螺栓将它 们连接成一体，运种结构能保证码盘上弧槽的中屯、与管座上下翼插装的发光管、光电管的 中屯、一一对应，从而保证了仪器测量的精度。中国专利公开了"一种风向传感器"（公开号CN201311431，公开日2009年9月16 日），包括风向标、传动部件、风向编码座W及基座；所述风向编码器包括转动盘及套设在 所述转盘外的定位盘，所述转动盘与所述传动部件相连，随转动部件的旋转而转动，所述定 位盘固定在所述基座上；所述转动盘外圆周上设置有至少两层磁钢体层，所述磁钢体层上 下垂直排列，每层包括有若干个磁钢体；在所述定位盘的内圆周上、与所述磁钢体层相对应 的位置处设置有感应元件层，所述感应元件层包括有若干个感应元件，所述感应元件输出 端连接有测量电路；每层磁钢体层及其对应的感应元件层构成风向传感器的编码盘。 阳〇化]但是，基于编码盘的风向传感器易于受到电磁干扰，且受到分辨率的限制而导致 测量精度难W保证。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术提供一种高精度可连续测量的光电式风向传感 器及风向测量方法，可W不受电磁干扰的影响，提高风向的测量精度。 一种高精度可连续测量的光电式风向传感器，包括单风向标、圆形渐变滤波片、光 学组件和主控电路板，单风向标与竖直设置的转轴连接，圆形渐变滤波片呈水平状态穿设 固定在转轴上，光学组件包括分别安装在圆形渐变滤波片上下两侧的第一光纤准直器和第 二光纤准直器，第一光纤准直器和第二光纤准直器的中屯、在一条竖直直线上，所述主控电 路板包括主控电路及与主控电路连接的激光器和光电探测器； 所述主控电路用于控制激光器发光，激光器发出的光经由光纤传输到第一光纤准 直器，再经由圆形渐变滤波片透射到第二光纤准直器后由光电探测器检测； 所述主控电路还用于将光电探测器检测的透射光得到透射光强，进而根据透射光 强和滤波片透射光强随着圆周角度的变化系数计算得到风向角度值。 如上所述的高精度可连续测量的光电式风向传感器，设所述主控电路将光 电探测器检测的透射光得到透射光强P，滤波片透射光强随着圆周角度的变化系数为其中PmAX和PMIW分别为将圆形渐变滤波片绕转轴缓慢旋转一周主控电路 记录的最大透射光强Pmax和最小透射光强Pmw风向角度值0的计算公式为： 如上所述的高精度可连续测量的光电式风向传感器，所述单风向标与转轴之间用 螺丝衔接，转轴与圆形渐变滤波片之间用卡槽连接并封装在圆柱壳体内，单风向标可在圆 柱壳体上方自由转动。 如上所述的高精度可连续测量的光电式风向传感器，第一光纤准直器和第二光纤 准直器分别位于字型支架的上下两端。 如上所述的高精度可连续测量的光电式风向传感器，"C"字型支架上下各开一个 固定孔，两固定孔中屯、在一条直线上，第一光纤准直器和第二光纤准直器分别粘附在上下 两固定孔中。 一种风向测量方法，利用上述光电式风向传感器进行风向的测量，包括如下步 骤： 步骤一、主控电路板上电后主控电路执行预先设定的程序，激光器发出一定功率 的光，光经过光纤传输到第一光纤准直器端面，穿透圆形渐变滤波片后光投射到第二光纤 准直器端面，禪合至光纤中传输，并由光电探测器检测后转换成电信号，光电探测器检测的 电信号经过主控电路转换为透射光强； 步骤二、将圆形渐变滤波片绕转轴缓慢旋转一周，主控电路记录最大透射光强Pmax 和最小透射光强Pmw从而得到滤波片透射光强随着圆周角度的变化系数 步骤=、测风向时，单风向标在风带动下偏转一定角度，同时圆形渐变滤波片也转 动一角度，主控电路记录此时光电探测器检测到的透射光强P，主控电路根据透射光强P及 公式计算得到风向角度值0。 本专利技术所使用的圆形渐变滤波片作为一种光谱特性随滤波片表面位置变化的光 学薄膜器件，具有体积小，重量轻，稳定性好等优点，本专利技术利用圆形渐变滤波片的光谱特 性，即其在圆周方向上随着滤波片的角度呈现线性变化的特点，同时设计出根据滤波片透 射率随着圆周角度的变化系数和实时检测的透射光强即可得到风向角度，相比现有技术使 用编码盘不会存在电磁干扰的的问题，而且计算出的风向角度值精确度高。【附图说明】图1是本专利技术高精度可连续测量的光电式风向传感器的结构示意图。 图中：1一单风向标，2-转轴，3-圆形渐变滤波片，4-光学组件，5-第一光纤准 直器，6-第二光纤准直器，7-光纤，8-主控电路板，9-主控电路，10-激光器，11-光电 探测器。【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例 中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是 本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 图1是本专利技术高精度可连续测量的光电式风向传感器结构示意图，所述光电式风 向传感器包括单风向标1、圆形渐变滤波片3、光学组件4和主控电路板8。单风向标1与竖 直设置的转轴2连接，圆形渐变滤波片3呈水平状态穿设固定在转轴2上。所述圆形渐变 滤波片3为360°全方向上光，透射率沿圆周呈线性变化，即所述圆形渐变滤波片3在一周 360°方向内，光的透射率呈线性变化。 所述单风向标1与转轴2之间可用螺丝衔接，转轴2与圆形渐变滤波片3之间可 用卡槽连接并封装在圆柱壳体内，单风向标1可在圆柱壳体上方自由转动。光学组件4包括分别安装在圆形渐变滤波片3上下两侧的第一光纤准直器5和第 二光纤准直器6,第一光纤准直器5和第二光纤准直器6的中屯、在一条竖直直线上。第一光 纤准直器5和第二光纤准直器6分别位于"C"字型支架的上下两端。"C"字型支架可由 不诱钢加工而成，上下各开一个固定孔，两固定孔中屯、在一条直线上，第一光纤准直器5和 第二光纤准直器6分别用502胶粘附在上下两固定孔中。所述主控电路板8包括主控电路9及与主控电路9连接的激光器10和光电探测 器11，激光器10通过光纤7与第一光纤准直器5连接，激光器10发出的光经由光纤7传 输到第一光纤准直器5,再穿透圆形渐变滤波片3后透射到第二光纤准直器6后由光电探 测器11检测，第二光纤准直器6接收到的光可经由光纤7传输到光电探测器11进行。当 风向标1随风向变化而转动时，通过转轴2带动下端的圆形渐变滤波片3转动，光电探测器 11将所测的透射光传输至主控电路9，主控电路9根据光电探测器11探测到透射光判断出 风当前第1页1 2&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度可连续测量的光电式风向传感器，其特征在于：包括单风向标(1)、圆形渐变滤波片(3)、光学组件(4)和主控电路板(8)，单风向标(1)与竖直设置的转轴(2)连接，圆形渐变滤波片(3)呈水平状态穿设固定在转轴(2)上，光学组件(4)包括分别安装在圆形渐变滤波片(3)上下两侧的第一光纤准直器(5)和第二光纤准直器(6)，第一光纤准直器(5)和第二光纤准直器(6)的中心在一条竖直直线上，所述主控电路板(8)包括主控电路(9)及与主控电路(9)连接的激光器(10)和光电探测器(11)；所述主控电路(9)用于控制激光器(10)发光，激光器(10)发出的光经由光纤(7)传输到第一光纤准直器(5)，再经由圆形渐变滤波片(3)透射到第二光纤准直器(6)后由光电探测器(11)检测；所述主控电路(9)还用于将光电探测器(11)检测的透射光得到透射光强，进而根据透射光强和滤波片透射光强随着圆周角度的变化系数计算得到风向角度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷山强，冯万兴，严碧武，李涛，向念文，潘尔生，姜国义，李文鹏，刘海波，吕军，王剑，章涵，郑路遥，苏杰，雷梦飞，曾瑜，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国网内蒙古东部电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42