一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器及風(fēng)向計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器及風(fēng)向計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]架空輸電線路覆冰造成導(dǎo)線斷線、桿塔倒塌、絕緣子閃絡(luò)等事故，給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對架空輸電線路進(jìn)行覆冰狀態(tài)的在線監(jiān)測可以實(shí)時(shí)獲得輸電線路覆冰狀況，提前調(diào)度電網(wǎng)負(fù)荷，啟動(dòng)融冰設(shè)備，有效避免災(zāi)害的發(fā)生?，F(xiàn)有覆冰在線監(jiān)測方法主要有氣象法、圖像監(jiān)控器法、導(dǎo)線溫度傾角法和稱重法。其中應(yīng)用最廣泛的是稱重法，在這種方法中稱重傳感器測量結(jié)果是冰荷載和風(fēng)荷載之和，風(fēng)向?qū)Ω脖鶗?huì)起到很大的影響作用，因此為了更準(zhǔn)確的獲得輸電線路覆冰情況需要對風(fēng)荷載進(jìn)行監(jiān)測。
[0003]以前，人們利用純機(jī)械的裝置來測量，例如，眾所周知的利用風(fēng)向標(biāo)來測量風(fēng)向。雖然這種方法也能得到良好的結(jié)果，但這些機(jī)械裝置因具有移動(dòng)部件而易磨損，體積較大，價(jià)格昂貴，需要經(jīng)常維護(hù)。有些風(fēng)向傳感器測量結(jié)果需要通過無線方式傳遞給監(jiān)控中心，由于易覆冰區(qū)多位于山谷，無線通信信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致風(fēng)向測量結(jié)果無法傳輸。有的方法解決了信號(hào)傳輸問題，但是系統(tǒng)中的光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器需要的光纖光柵過多，且風(fēng)向識(shí)別精度較差，使用N個(gè)光纖光柵的情況下，風(fēng)向分辨率僅為1/(2N)，即風(fēng)向分辨度數(shù)為180。/No

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器，其特征在于，該傳感器包括導(dǎo)風(fēng)板1、重錘2、轉(zhuǎn)軸3、齒輪5、三角彈片4、底座6、傳感光纖布喇格光柵7和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
[0005]其中，轉(zhuǎn)軸3垂直布置在底座6的中心，導(dǎo)風(fēng)板I的中部通過螺絲固定在轉(zhuǎn)軸3頂部，導(dǎo)風(fēng)板I的頭部通過螺絲與重錘2相連;齒輪4與轉(zhuǎn)軸3下部垂直固定，且與底座6平面平行；三角彈片5的頂角與齒輪4彈性接觸，三角彈片5的底邊被固定在底座6上;光纖布喇格光柵7縱向固定在三角彈片5上表面的中心線上，通過光纖串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接；
[0006]所述導(dǎo)風(fēng)板I用于傳感風(fēng)向；所述重錘2用于導(dǎo)流空氣，同時(shí)平衡導(dǎo)風(fēng)板自重在導(dǎo)風(fēng)板I與轉(zhuǎn)軸3固定點(diǎn)產(chǎn)生的不平衡力矩;所述轉(zhuǎn)軸3用于將導(dǎo)風(fēng)板I的運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪4;所述齒輪4用于撥動(dòng)三角彈片5，將齒輪4上一個(gè)輪齒標(biāo)記為零號(hào)齒輪，安裝傳感器時(shí)，零號(hào)齒輪朝向初始方向；所述底座6提供接口，用于將傳感器固定在安裝位置上;所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于獲得三角彈片5上光纖布喇格光柵的中心波長，并將其轉(zhuǎn)化為風(fēng)向。
[0007]所述三角彈片5為等應(yīng)變強(qiáng)度設(shè)計(jì)，利用三角彈片5彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變影響光纖布喇格光柵的中心波長。
[0008]所述齒輪4的輪齒數(shù)量為N，傳感器風(fēng)向分辨率為360/N度。
[0009]所述三角彈片5材料為鈹青銅。
[0010]—種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器的風(fēng)向計(jì)算方法，其特征在于，具體過程為:
[0011 ]首先，初始化，將零號(hào)輪齒朝向初始方向；
[0012]然后，當(dāng)風(fēng)向轉(zhuǎn)過一個(gè)輪齒所對應(yīng)的角度時(shí)，齒輪4會(huì)擠壓三角彈片5，使得三角彈片5發(fā)生一次彎曲，在此作用下，三角彈片5上光纖布喇格光柵波長將形成一個(gè)脈沖變化信號(hào);對每個(gè)脈沖依次進(jìn)行識(shí)別，如果脈沖為正脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 360/N度，如果脈沖為負(fù)脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 360/N度;齒輪4的輪齒數(shù)量為N;
[0013]最后，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)累加風(fēng)向變化角度，就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)向的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明提出一種新的光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器及風(fēng)向計(jì)算方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)抗電磁干擾能力差，長期可靠性差，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離無源監(jiān)測等難題，特別適合于在輸電線路所處的強(qiáng)電磁環(huán)境和惡劣溫濕度環(huán)境中使用。本發(fā)明僅使用一個(gè)光纖布喇格光柵，就能實(shí)現(xiàn)1°的風(fēng)向精度測量。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明中光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是本發(fā)明中光纖布喇格光柵在三角彈片上的固定方式說明圖；
[0018]圖3是本發(fā)明中三角彈片與齒輪位置說明圖。
[0019]1-導(dǎo)風(fēng)板，2-重錘，3-轉(zhuǎn)軸，4-三角彈片，5-齒輪，6-底座，7-光纖布喇格光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0021]圖1是光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)圖，所述導(dǎo)風(fēng)板I用于傳感風(fēng)向。所述重錘2用于導(dǎo)流空氣，同時(shí)平衡導(dǎo)風(fēng)板自重在導(dǎo)風(fēng)板與轉(zhuǎn)軸固定點(diǎn)產(chǎn)生的不平衡力矩。所述轉(zhuǎn)軸3用于將導(dǎo)風(fēng)板的方向傳遞給齒輪5。所述齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)三角彈片4。所述三角彈片4固定在底座6上。所述底座6提供接口，用于將傳感器固定在安裝位置上。傳感光纖布喇格光柵7固定在三角彈片4上。
[0022]圖2是光纖布喇格光柵在彈片上的固定方式說明圖，光纖布喇格光柵7縱向固定在三角彈片4上表面的中心線上。
[0023]圖3是三角彈片與齒輪位置說明圖，齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)與三角彈片4彈性接觸，當(dāng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，三角彈片4向下彎曲，其上表面所受應(yīng)變?yōu)檎饫w布喇格光柵7反射光波長增大，形成正向脈沖；當(dāng)齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，三角彈片4向上彎曲，其上表面所受應(yīng)變?yōu)樨?fù)，光纖布喇格光柵7反射光波長減小，形成負(fù)向脈沖。
[0024]根據(jù)風(fēng)向變化引起的光纖布喇格光柵波長變化計(jì)算風(fēng)向，風(fēng)向判別算法如下:首先，初始化，在現(xiàn)場安裝時(shí)，將零號(hào)輪齒朝向正北，將初始風(fēng)向設(shè)定為北。其次，有風(fēng)后，風(fēng)向發(fā)生變化，波長出現(xiàn)多個(gè)脈沖波形，對每個(gè)脈沖依次進(jìn)行識(shí)別，如果脈沖為正脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 360/N度，如果脈沖為負(fù)脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了 360/N度(N為齒輪上的輪齒數(shù)量)。實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)累加風(fēng)向變化角度，就可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)向的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0025]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器，其特征在于，該傳感器包括導(dǎo)風(fēng)板(I)、重錘(2)、轉(zhuǎn)軸(3)、齒輪(5)、三角彈片(4)、底座(6)、傳感光纖布喇格光柵(7)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 其中，轉(zhuǎn)軸(3)垂直布置在底座(6)的中心，導(dǎo)風(fēng)板(I)的中部通過螺絲固定在轉(zhuǎn)軸(3)頂部，導(dǎo)風(fēng)板(I)的頭部通過螺絲與重錘(2)相連;齒輪(4)與轉(zhuǎn)軸(3)下部垂直固定，且與底座(6)平面平行;三角彈片(5)的頂角與齒輪(4)彈性接觸，三角彈片(5)的底邊被固定在底座(6)上;光纖布喇格光柵(7)縱向固定在三角彈片(5)上表面的中心線上，通過光纖串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接； 所述導(dǎo)風(fēng)板(I)用于傳感風(fēng)向；所述重錘(2)用于導(dǎo)流空氣，同時(shí)平衡導(dǎo)風(fēng)板自重在導(dǎo)風(fēng)板(I)與轉(zhuǎn)軸(3)固定點(diǎn)產(chǎn)生的不平衡力矩;所述轉(zhuǎn)軸(3)用于將導(dǎo)風(fēng)板(I)的運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪(4);所述齒輪(4)用于撥動(dòng)三角彈片(5)，將齒輪(4)上一個(gè)輪齒標(biāo)記為零號(hào)齒輪，安裝傳感器時(shí)，零號(hào)齒輪朝向初始方向；所述底座(6)提供接口，用于將傳感器固定在安裝位置上;所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于獲得三角彈片(5)上光纖布喇格光柵的中心波長，并將其轉(zhuǎn)化為風(fēng)向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述三角彈片(5)為等應(yīng)變強(qiáng)度設(shè)計(jì)，利用三角彈片(5)彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變影響光纖布喇格光柵的中心波長。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述齒輪(4)的輪齒數(shù)量為N，傳感器風(fēng)向分辨率為360/N度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述三角彈片(5)材料為鈹青銅。5.基于權(quán)利要求1所述傳感器的一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器的風(fēng)向計(jì)算方法，其特征在于，具體過程為: 首先，初始化，將零號(hào)輪齒朝向初始方向； 然后，當(dāng)風(fēng)向轉(zhuǎn)過一個(gè)輪齒所對應(yīng)的角度時(shí)，齒輪(4)會(huì)擠壓三角彈片(5)，使得三角彈片(5)發(fā)生一次彎曲，在此作用下，三角彈片(5)上光纖布喇格光柵波長將形成一個(gè)脈沖變化信號(hào);對每個(gè)脈沖依次進(jìn)行識(shí)別，如果脈沖為正脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了360/N度，如果脈沖為負(fù)脈沖，則表明風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了360/N度;齒輪(4)的輪齒數(shù)量為N; 最后，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)累加風(fēng)向變化角度，就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)向的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【專利摘要】本發(fā)明屬于在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖布喇格光柵風(fēng)向傳感器及風(fēng)向計(jì)算方法。其特征在于，該傳感器的轉(zhuǎn)軸垂直布置在底座的中心，導(dǎo)風(fēng)板的中部通過螺絲固定在轉(zhuǎn)軸頂部，導(dǎo)風(fēng)板的頭部通過螺絲與重錘相連；齒輪與轉(zhuǎn)軸下部垂直固定，且與底座平面平行；三角彈片上端與齒輪彈性接觸，三角彈片下端被固定在底座上；光纖布喇格光柵橫著固定在三角彈片上表面的中心線上，通過光纖串聯(lián)后與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)抗電磁干擾能力差，長期可靠性差，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離無源監(jiān)測等難題，特別適合于在輸電線路所處的強(qiáng)電磁環(huán)境和惡劣溫濕度環(huán)境中使用，僅使用一個(gè)光纖布喇格光柵，就能實(shí)現(xiàn)1°的風(fēng)向精度測量。
【IPC分類】G01P13/02
【公開號(hào)】CN105606843
【申請?zhí)枴緾N201510984830
【發(fā)明人】馬國明, 李成榕, 周弘揚(yáng), 宋宏圖, 毛乃強(qiáng), 鄭晴
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月24日