一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器，其包括支撑筒（101）、压力感应头（102）、压力感应膜片（103）、压力引导柱（104）、柔性铰链（105）、底座（106）及光纤（107）。本实用新型专利技术提出一种新型的结构，将压力引导柱偏离感应膜片中心，通过带有杠杆功能的柔性铰链，将压力感应膜片的变形放大，从而增大光纤光栅波长的变化。长的变化。长的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器


[0001]本技术涉及风速的测量，尤其涉及一种风速传感器。

技术介绍

[0002]风速测量技术在煤炭油田、航海航天、气象预报、电力系统等领域有广泛的应用。按照工作原理可分为机械式风速传感器、超声波式风速传感器和光纤风速传感器。
[0003]机械式风速传感器主要包括风杯式风速传感器、差压式风速传感器和热线式风速传感器。风力推动机械式风速传感器旋转，传感器的中轴带动内部电子元件产生脉冲信号，在风速测量范围内，风速与脉冲频率成一定的线性关系。可据此推算风速。
[0004]超声波风速传感器利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到的风速。
[0005]目前光纤风速传感器都是在机械风速传感器的基础上转变而来，只是将电信号转换为光信号，没有实质性的变化。
[0006]机械式结构设计，存在转动部件，监测前需要低风速启动，若风速低于启动值将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转，就不能进行监测；
[0007]风杯式风速传感器：该类传感器为机械旋转结构，由于可能高速旋转而不能应用于可燃性气体环境中，如：煤矿和油田；风杯旋转需要启动风速(一般为3m/s)，限制了传感器风速测量下限值。
[0008]差压式风速传感器：依据伯努利方程将风速转化为差压，通过测量静压之差求得风速。结构简单，低速下压损相对较大，对于低风速测量存在极大误差。
[0009]热线式风速传感器：在恶劣环境下，热线容易损坏，测量精度差，用温度变化测量响应时间长。
[0010]当前的光纤风速传感器，结构中存在活动部件，而且测量的动态范围很小。

技术实现思路

[0011]为了解决现有技术中问题，本技术提供了一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器，其包括支撑筒、压力感应头、压力感应膜片、压力引导柱、柔性铰链、底座及光纤；所述支撑筒靠近上面开口的筒壁上设有螺孔安装位置，压力感应头内设有所述压力感应膜片和所述压力引导柱，所述压力感应膜片与所述压力感应头的开口方向平行，所述压力引导柱设置在压力感应膜片上，两者垂直设置，且压力引导柱设置在压力感应膜片偏左或偏右的位置，支撑筒两端分别连接压力感应头和底座，压力感应头底部与支撑筒的上面开口紧密配合连接；柔性铰链通过M1螺孔与支撑筒连接，压力引导柱底部设有M2螺孔，柔性铰链通过M2螺孔固定连接在压力引导柱上；柔性铰链的底部靠近M1螺孔的一端设有光纤连接端，光纤平行于支撑筒的筒壁设置，所述光纤为飞秒光纤光栅，光纤一端连接柔性铰链，另一端连接
底座。
[0012]作为本技术的进一步改进，所述支撑筒为上下开口的通筒。
[0013]作为本技术的进一步改进，所述压力感应膜片位于所述压力感应头的内部中间位置。
[0014]作为本技术的进一步改进，施与飞秒光纤光栅一个预张力，预张力要确保光栅至少有5nm的波长变化。
[0015]作为本技术的进一步改进，所述设压力引导柱中心到压力感应膜片中心位置的距离为L，压力感应膜片的直径为D，则
[0016]作为本技术的进一步改进，
[0017]本技术的有益效果是：
[0018]目前所有的压力引导柱都位于压力感应膜片的中央。要想获得大的动态范围和高的灵敏度，需要将压力感应膜片做的很薄，同时给予光纤光栅很大的预张力。一方面，很薄的压力感应膜片在机械加工中很难实现，同时也降低了风力和光栅波长关系中的线性度，降低了风力检测的精度；另一方面，普通的光纤光栅实施大的预张力，断裂的风险极高，同时可靠性也不高。
[0019]本技术提出一种新型的结构，将压力引导柱偏离感应膜片中心，通过带有杠杆功能的柔性铰链，将压力感应膜片的变形放大，从而增大光纤光栅波长的变化。
附图说明
[0020]图1是本技术一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器的压力感应头(内设压力感应膜片和压力引导柱)结构示意图；
[0021]图2是本技术一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器的柔性铰链示意图；
[0022]图3是本技术一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器的支撑筒示意图；
[0023]图4是本技术支撑筒连接柔性铰链后的结构示意图；
[0024]图5是本技术压力感应头连接支撑筒的结构示意图；
[0025]图6是本技术的底座结构示意图；
[0026]图7是本技术一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器结构示意图。
[0027]图中各部件名称如下：
[0028]支撑筒101、压力感应头102、压力感应膜片103、压力引导柱104、柔性铰链105、底座106、光纤107、飞秒光纤光栅108。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本技术做进一步说明。
[0030]一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器，其包括支撑筒101、压力感应头102、压力感应膜片103、压力引导柱104、柔性铰链105及底座106；
[0031]所述支撑筒101为上下开口的通筒，其靠近上面开口的筒壁上设有螺孔安装位置。
[0032]压力感应头102内设有所述压力感应膜片103和所述压力引导柱104，所述压力感
应膜片103设在所述压力感应头102内，所述压力感应膜片103与所述压力感应头102的开口方向平行设置，所述压力引导柱104设置在压力感应膜片103上，两者垂直设置，且压力引导柱104设置在压力感应膜片103偏左或偏右的位置，即非中间位置，设压力引导柱104中心到压力感应膜片103中心位置的距离为L，压力感应膜片103的直径为D，则3中心位置的距离为L，压力感应膜片103的直径为D，则优选压力感应膜片103位于所述压力感应头102的内部中间位置。
[0033]支撑筒101两端分别连接压力感应头102和底座106，压力感应头102底部与支撑筒101的上面开口紧密配合连接。柔性铰链105通过M1螺孔与支撑筒101连接，压力引导柱104底部设有M2螺孔，柔性铰链105通过M2螺孔固定连接在压力引导柱104上。
[0034]柔性铰链105的底部靠近M1螺孔的一端设有光纤连接端，光纤平行于支撑筒101的筒壁设置，所述光纤为飞秒光纤光栅，光纤一端连接柔性铰链105，另一端连接底座106。
[0035]本技术采用飞秒光纤光栅作为风速传感器的核心传感元件。风力会对压力传感器的压力膜产生振动，导致光纤光栅的中心波长发生变化。通过检测光纤光栅波长的变化来计算风速的大小。无任何活动机械部件，大量程动态测量风速的大小。
[0036]压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。本技术采用压力感应膜作为压力敏感元件，采用飞秒光纤光栅作为信号处理单元。不同于电子压力传感器，光纤压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒光纤光栅的风速传感器，其特征在于：其包括支撑筒(101)、压力感应头(102)、压力感应膜片(103)、压力引导柱(104)、柔性铰链(105)、底座(106)及光纤(107)；所述支撑筒(101)靠近上面开口的筒壁上设有螺孔安装位置，压力感应头(102)内设有所述压力感应膜片(103)和所述压力引导柱(104)，所述压力感应膜片(103)与所述压力感应头(102)的开口方向平行，所述压力引导柱(104)设置在压力感应膜片(103)上，两者垂直设置，且压力引导柱(104)设置在压力感应膜片(103)偏左或偏右的位置，支撑筒(101)两端分别连接压力感应头(102)和底座(106)，压力感应头(102)底部与支撑筒(101)的上面开口紧密配合连接；柔性铰链(105)通过M1螺孔与支撑筒(101)连接，压力引导柱(104)底部设有M2螺孔，柔性铰链(105)通过M2螺孔固定连接在压力引导柱(104)上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵梓乔，赵德春，
申请(专利权)人：深圳市畅格光电有限公司，
类型：新型
国别省市：