基于风向标的光纤Bragg光栅风向仪设计.pdf

《基于风向标的光纤Bragg光栅风向仪设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、102传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第6期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)06-0102-03基于风向标的光纤Bragg光栅风向仪设计胡威，李英娜，赵振刚，谢涛，张长胜，李川(昆明理工大学信息工程与自动化学院。云南昆明650500)摘要：风向仪能够测出风向变化，进而调整风机跟随风向变化进行高质量发电，从而降低成本。采用风向标结构，风向标转轮上设置方向凸轮和角度凸轮，风向标主体与粘贴有光纤Bragg光栅(FBG)的等悬臂梁固定在底座上。风向标转轮受风力作用旋转

2、，带动方向凸轮和角度凸轮，等强度悬臂梁受凸轮撞击产生挠度变化，导致粘贴其上的FBG波长移位，根据搭建的数学模型，由波长移位量可得出风向标旋转角度即风向。通过对FBG风向仪的风洞实验的数据分析得出：起动风速为1．2m／s，非线性误差为7．92％Fs，灵敏度为1．47pm／(。)，重复性误差为6．03％FS。关键词：光纤Bragg光栅；风向标；波长移位；风洞实验中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)06-0102-03DesignofFBGdogvanebasedonwindvaneHUWei，LIYing—na，ZHAOZhen

3、—gang，XIETao，ZHANGChang—sheng，LIChuan(SchoolofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650500，China)Abstract：Changesinwinddirectioncanbemeasuredbythedogvane，andthenadjustfanstofollowchangesinwinddirectionforhigh—qualitypowergeneration，SOastor

4、educecosts．Usingwindvanestructure，thevanewheelissetbythedirectioncamandtheanglecamandthevanebodywithequal—strengthcantileverbeampastedfiberBragggrating(FBG)arefixedtothebase．Thevanewheelrotatesbytheactionofthewindandthenthedirectioncamandtheanglevanaredriven．Thenequalstrengthcantilev

5、erbeamproductsdeflectionbyimpactofthecam，resultingwavelengthshiftofFBGpasted0nit．Accordingtothemathematicalmodel，therotationangleofwindvanethatiswinddirectioncanbeobtainedbyamountofwavelengthshift．TheanalysisofdataonFBGdogvanebywindtunnelexperimentshowsthatthestartingwindspeedis1．2m／

6、S．nonlinearerroris7．92％FS．sensitivityis1．47pm／(。)．repeatabilityerroriS6．03％FS．Keywords：fiberBragggrating(FBG)；windvane；wavelengthshift；windtunneltest0引言收探头间的顺风与逆风时间差进行计算得到风向。另外还在风力发电领域，无论是风电场的选址，还是风力机的有一些新的方法，例如：有人研究利用仿生学原理的触功率特性研究和风力发电机组的功率控制，应用风向仪对须传感器来测量风向，这种传感器灵敏度高，结构简单，造风向进行测量均是

7、其重要环节。目前风向测量最常用价低廉。的方法主要有以下几种：第一种就是应用机械式风向本文设计了一种基于风向标的光纤Bragg光栅(FBG)传感器进行测量，其以单板风向标作为感应元件，信号转换风向仪，并对风向仪进行了风洞测试。方式主要包括格雷码盘和电位器。格雷码盘转换原理为风1FBG风向仪的结构与测量原理向标随着气流的运动而运动，风向轴带动格雷码盘与风向FBG风向仪主要部件包括：风向标主体、方向凸轮、角标同时转动，从而输出格雷码信号，将机械位置信号转换成度凸轮、等强度悬臂梁等。FBG风向仪的结构示意图见电信号。之后出现了在机械式的基础上加上旋转台，旋转图IF示。台

8、时钟指向风向，通过计算齿