光纤干涉式风向仪及其探头制造技术

一种光纤干涉式风向仪，其特征是它包括连接激光器和光纤干涉式风向仪探头的光纤耦合器，光纤干涉式风向仪探头返回的光信号原路经过光缆和光纤耦合器进入到光谱仪，光谱仪采集光谱，并将光谱转变为电信号送给计算机。所述光纤干涉式风向仪探头包括设置于转轴上的轴承，在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。从而使得干涉条纹间距与风向角度产生一对应关系，从而实现风向检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风向仪，尤其涉及一种应用光纤传感技术实现的光纤干涉式风向仪。
技术介绍
风能是一种可再生、无污染的绿色能源，是取之不尽、用之不竭的，而且储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TW*h/年。风能的大规模开发利用，将会有效减少石化能源的使用、减少温室气体排放、保护环境。大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。风向检测对于风力发电至关重要，随时掌握风向的变化，有利于提高风力发电的效率，提高风能利用率。风电场选址往往在沙漠、沿海等偏远地区，电力、交通等设施都不健全，因此在风向检测装置安装时必须考虑到布线、远程检测问题，传感器安装受到最大的制约也是地理位置以及供电等问题。目前市场上常见风向仪多为电子式传感器，一般将风向分为几个方向，检测风向精度较低。
技术实现思路
本方案针对现有技术的缺点，提出了一种光纤干涉式风向仪及其探头，它具有结构简单精度高的特点。一种光纤干涉式风向仪探头，它包括设置于转轴上的轴承，其特征是在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。所述螺旋环圈为圆柱螺旋线。所述螺旋环圈的可以为圆环状或者任意形状，但是必须保证螺旋线圈上用于反射光的反射面到光收发装置的距离在旋转一周内均有一个唯一对应的值，并且这个值随着角度的旋转(0-360度)是由低到高或者由高到低单调函数变化。光信号收发装置为带有保护套管的光纤，光纤端面为一平面，光信号收发装置与螺旋环圈反射面的距离保持在一定范围，最小不能接触(0cm)，最大时保证有光干涉信号形成。转轴与尾翼和风向杆连接。一种光纤干涉式风向仪，其特征是它包括连接激光器和光纤干涉式风向仪探头的光纤耦合器，光纤干涉式风向仪探头返回的光信号原路经过光缆和光纤耦合器进入到光谱仪，光谱仪采集光谱，并将光谱转变为电信号送给计算机。本方案的具体特点还有，所述光纤干涉式风向仪探头包括设置于转轴上的轴承， 在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。所述螺旋环圈为圆柱螺旋线。光信号收发装置为带有保护套管的光纤，光纤端面为一平面。转轴与尾翼和风向杆连接。本专利技术的有益效果是，利用采用光纤传感技术，大大增加了传感器的传输距离，当地无需供电，采用光纤干涉技术，提高了检测精度，可以达到1度，即可以将风向分为360个分区，远远超过16个分区。附图说明图1为光纤风向远程检测仪系统原理图；图2为探头结构示意图；图3为光信号收发装置结构示意图；图4为光干涉光谱图；图5为干涉条纹周期与风向角度对应图；图6为风向仪实验测试数据图。图中1-尾翼；2-风向杆；3-防雨罩；4-转轴；5-螺旋环圈；6_光信号收发装置； 7-光纤尾纤；8-轴套；9-保护套管；10-光纤；11-轴承。A-50度；B-180度；C-270度；D-320度。具体实施例方式实施例1如图2所示，一种光纤干涉式风向仪探头，它包括设置于转轴4上的轴承11，在轴承11 外圈设置有固定在基座上的轴套8，轴套8与转轴4保持相对转动，在轴套8上设置光信号收发装置6，在转轴4上设置有螺旋环圈5，在螺旋环圈5上与光信号收发装置6相对应设置有反光面，反射面经过抛光处理，具有一定的反射率，可以采用金属反射面，也可以是介质膜反射面，反射面的反射率越高效果越好，一般要求大于4%以上；调整光信号收发装置的方向，使光信号收发装置6光线出射方向与反光面垂直。所述螺旋环圈5为圆柱螺旋线。 光信号收发装置6为带有保护套管9的光纤，光纤端面为一平面。转轴4与尾翼1和风向杆2连接。在风场中，由于受力不同会使得尾翼1始终与风向平行，并且风向指向尾翼1反方向；尾翼1安装在风向杆2上，风向杆2连接在转轴4上，当风向变化后，转轴4随风向改变而改变；顶端安装有防雨罩3，用于保护下方结构不进水；轴套8位置固定不变，一般与测风塔等基座设施固定在一起，不随风向改变而改变；轴套8与转轴4通过轴承11连接，轴套上固定有光信号收发装置6，由于轴套8固定不变，因此光信号收发装置也固定不变；如图3 所示，光信号收发装置6实际上为使用保护外套的光纤，它包括保护套管9和光纤10，光纤端面切端为一平面，保护套管9保护光纤10不被污染和损伤；调整光信号收发装置6端面与螺旋环圈5底部的光反射面垂直，螺旋环圈5底面处理为反光面，可以将光信号收发装置6发出的光反射回去，螺旋环圈5为一螺旋式上升曲线， 为圆柱螺旋线，其数学表达式为权利要求1.一种光纤干涉式风向仪探头，它包括设置于转轴上的轴承，其特征是在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。2.根据权利要求1所述的光纤干涉式风向仪探头，其特征是所述螺旋环圈为圆柱螺旋线状。3.根据权利要求1所述的光纤干涉式风向仪探头，其特征是光信号收发装置为带有保护套管的光纤，光纤端面为一平面。4.根据权利要求1所述的光纤干涉式风向仪探头，其特征是转轴与尾翼和风向杆连接。5.一种光纤干涉式风向仪，其特征是它包括连接激光器和光纤干涉式风向仪探头的光纤耦合器，光纤干涉式风向仪探头返回的光信号原路经过光缆和光纤耦合器进入到光谱仪，光谱仪采集光谱，并将光谱转变为电信号送给计算机。6.根据权利要求5所述的光纤干涉式风向仪，其特征是所述光纤干涉式风向仪探头包括设置于转轴上的轴承，在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；调整光信号收发装置的方向和位置，使光信号收发装置光线出射方向与反光面垂直。7.根据权利要求6所述的光纤干涉式风向仪，其特征是所述螺旋环圈为圆柱螺旋线。8.根据权利要求6所述的光纤干涉式风向仪，其特征是光信号收发装置为带有保护套管的光纤，光纤端面为一平面。9.根据权利要求6所述的光纤干涉式风向仪，其特征是转轴与尾翼和风向杆连接。全文摘要一种光纤干涉式风向仪，其特征是它包括连接激光器和光纤干涉式风向仪探头的光纤耦合器，光纤干涉式风向仪探头返回的光信号原路经过光缆和光纤耦合器进入到光谱仪，光谱仪采集光谱，并将光谱转变为电信号送给计算机。所述光纤干涉式风向仪探头包括设置于转轴上的轴承，在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。从而使得干涉条纹间距与风向角度产生一对应关系，从而实现风向检测。文档编号G01P13/02GK102288786SQ20111023087公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日专利技术者倪家升, 刘小会, 刘真梅, 宋志强, 王昌, 翟瑞占, 赵燕杰, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光纤干涉式风向仪探头，它包括设置于转轴上的轴承，其特征是在轴承外圈设置有固定在基座上的轴套，轴套与转轴保持相对转动，在轴套上设置光信号收发装置，在转轴上设置有螺旋环圈，在螺旋环圈上与光信号收发装置相对应设置有反光面；反光面与光信号收发装置光线出射方向垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪家升，王昌，赵燕杰，赵维崧，宋志强，刘小会，翟瑞占，刘真梅，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：37