一种基于fbg传感器的风向测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于FBG传感器的风向测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着光纤传感技术的不断发展和相关制造工艺日趋成熟，光纤传感器在各个领域有了广泛的应用，并以其独特的优势成为了传感器市场上重要的部分。其中，光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，简称FBG)传感器是光纤传感器中使用频率较高且应用范围较广的光纤传感器。
[0003]传统的电子式传感器较容易受到传感器本身条件的限制和各种外界环境因素的干扰。比如传统电子式传感器有源的供电方式、远距离传输时信号的不稳定性和衰减、外界磁场的干扰等各种因素。而传统的电子式测量风向技术以电子信息处理为基础的特点注定了其将受到有源供电、电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性与可靠性。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的风向测量技术受到有源供电、电磁干扰、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等因素制约，限制了其安全性和可靠性的缺陷，本发明提供了一种基于FBG传感器的风向测量装置及方法。
[0005]第一方面，本发明提供了一种基于FBG传感器的风向测量装置，该装置包括:风向标、曲柄连杆机构及两个光纤布拉格光栅FBG传感器；
[0006]风向标，与所述曲柄连杆机构连接，用于跟随风向转动；
[0007]曲柄连杆机构，包括滑动块，与所述风向标和所述两个FBG传感器分别连接，用于将所述风向标的转动转换为所述滑动块的直线往复运动；
[0008]两个FBG传感器，与所述曲柄连杆机构连接，分别用于检测所述滑动块的位置和分辨所述滑动块的往复运动的对称性。
[0009]优选地，所述曲柄连杆机构还包括:第一转动杆、第二转动杆及导杆；
[0010]所述第一转动杆和所述第二转动杆通过铰链连接，所述第二转动杆与所述滑动块通过铰链连接，所述滑动块位于所述导杆上且沿所述导杆滑动。
[0011]优选地，所述曲柄连杆机构通过所述第一转动杆与所述风向标连接。
[0012]优选地，
[0013]所述滑动块通过第一弹簧与第一悬臂梁结构连接，第一 FBG传感器安装于所述第一悬臂梁结构上；
[0014]所述第二转动杆通过第二弹簧与第二悬臂梁结构连接，第二 FBG传感器安装于所述第二悬臂梁结构上。
[0015]优选地，
[0016]所述滑动块位于所述导杆的中点时，所述第一弹簧保持原长；
[0017]所述第二转动杆与所述导杆平行时，所述第二弹簧保持原长。
[0018]第二方面，本发明提供了一种基于上述的风向测量装置的风向测量方法，所述方法包括:
[0019]风向标跟随风向发生转动时，采用曲柄连杆机构将所述风向标的转动转换为滑动块的直线往复运动；
[0020]通过第一 FBG传感器检测所述滑动块的位置，同时通过第二 FBG传感器分辨所述滑动块的往复运动的对称性；
[0021 ] 根据两个FBG传感器检测的结果，确定风向。
[0022]优选地，所述通过第一 FBG传感器检测所述滑动块的位置，包括:
[0023]所述滑动块的直线往复运动使得第一弹簧的长度发生变化；
[0024]所述变化传递至第一悬臂梁结构时，所述第一悬臂梁结构发生应变；
[0025]根据所述第一悬臂梁结构的应变，第一 FBG传感器的波长发生变化，通过所述波长变化确定所述滑动块的位置。
[0026]优选地，所述通过第二 FBG传感器分辨所述滑动块的往复运动的对称性，包括:
[0027]所述滑动块的直线往复运动使得第二弹簧的长度发生变化；
[0028]所述变化传递至第二悬臂梁结构时，所述第二悬臂梁结构发生应变；
[0029]根据所述第二悬臂梁结构的应变，第二 FBG传感器的波长发生变化，通过所述波长变化分辨所述滑动块的往复运动的对称性。
[0030]由上述技术方案可知，本发明提供一种基于FBG传感器的风向测量装置及方法，通过曲柄连杆机构来将风向标的转动转换为直线往复运动，并使用两个FBG传感器对风向进行测量，本发明灵敏度高，具有良好的传感功能，且具有无源性、不收外界电磁干扰、耐高温及耐腐蚀性等优点，有效提高了安全性和可靠性。
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
[0032]图1是本发明一实施例提供的一种基于FBG传感器的风向测量装置的结构示意图；
[0033]图2是本发明另一实施例提供的曲柄连杆机构的结构示意图；
[0034]图3是本发明另一实施例提供的一种基于FBG传感器的风向测量装置的俯视图；
[0035]图4是本发明另一实施例提供的一种基于FBG传感器的风向测量装置的主视图；
[0036]图5是本发明一实施例提供的一种基于FBG传感器的风向测量方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]如图1所示，为本发明一实施例提供的一种基于FBG传感器的风向测量装置的结构示意图，该装置包括:风向标、曲柄连杆机构及两个FBG传感器(FBG传感器A和FBG传感器B) ο
[0039]其中，风向标，与曲柄连杆机构连接，用于跟随风向转动；
[0040]曲柄连杆机构，包括滑动块，与所述风向标和所述两个FBG传感器分别连接，用于将所述风向标的转动转换为所述滑动块的直线往复运动；
[0041]两个FBG传感器，与所述曲柄连杆机构连接，分别用于检测所述滑动块的位置和分辨所述滑动块的往复运动的对称性。
[0042]其中，FBG传感器在很多方面具有较明显的优势:首先，在传感器性能方面，FBG传感器的灵敏度高、尺寸小、线性好，具有良好的传感性能。其次，在应用环境方面，FBG具有无源性、并且不受外界环境的电磁干扰，并且具有耐高温和耐腐蚀性的特点。在使用效率上，FBG传感器在一根光纤内可以实现多个传感器的复用，便于多类型传感器的集成。因此，FBG传感器可以使用在很多条件复杂的环境中。
[0043]本实施例中，如图2所示，曲柄连杆机构包括:转动杆A、转动杆B、导杆及滑动块。
[0044]其中，所述转动杆A和所述转动杆B通过铰链连接，所述转动杆B与所述滑动块通过铰链连接，所述滑动块位于所述导杆上且沿所述导杆滑动。
[0045]具体来说，转动杆A与转动杆B，转动杆B与滑动块之间都是通过铰链的方式连接的，即两个部分都能以连接点为轴在一个平面自由转动。其中的导杆穿过滑动块，将滑动块的自由度限制在一条直线上，即滑动块可以沿导杆自由滑动。此曲柄连杆机构具体的运行方式为，当通过外力作用使转动杆A绕与导杆连接的轴转动时，因为转动杆A与转动杆B，转动杆B与滑动块之间都通过铰链连接，则装置将运动传递到滑动块时就会使滑动块沿导杆直线往复运动。
[0046]本实施例中，如图1、图3及图4所示，曲柄连杆机构通过转动杆A与所述风向标连接。
[0047]其中，所述滑动块通过弹簧B与悬臂梁结构B连接，FBG传感器B安装于所述悬臂梁结构B上，FBG传感器B用于检测所述滑动块的位置。所述转动杆B通过弹簧A与悬臂梁结构A连接，FBG传感器A安装于所述悬臂梁结构A上，FBG传感器A用于分辨所述滑动块的往复运动的对称性。
[0048]本实施例的风向测量装置中，滑动块与悬臂梁结构B通过弹簧B连接，并且使滑动块位于所述导杆的中点时，弹簧B保持原长。而转动杆B与悬臂梁结构A通过弹簧A连接，并且使转动杆B与导杆平行时，弹簧A保持原长。
[0049]则本实施例的风向测量装置的具体工作原理为:当风向标转动时通过平面四杆机构的工作原理会使滑动块沿导杆直线移动，由于滑动块的移动会使弹簧B