计数式光纤Bragg光栅风速仪设计.pdf

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1、2015年第34卷第6期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)79DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)06-0079-03计数式光纤Bragg光栅风速仪设计景霞，刘爱莲，赵振刚，谢涛，李英娜，肖范，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：为消除温度波动变化对风速测量带来的影响，能更有效、稳定地测量风速，设计一种计数式光纤Brags光栅(FBG)风速仪。风速仪采用风杯结构，在风杯转轮上设置转速凸轮，粘贴有FBG的等强度悬臂梁与转速

2、凸轮组成计数装置。基于风杯转速与风速呈线性关系建立了传感模型，根据中心波长变化次数进行计数，从而计算出风速，实现了对风场内风速实时监测。风洞试验表明：计数式FBG风速传感器的起动风速为0．9m／s，线性度为6％，灵敏度为0．65r／m。关键词：风速传感器；光纤Bragg光栅；风洞实验；计数；风速中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)06-0079-03DesignoffiberBragggratinganemometerusingprincipleofnumbercountingJINGXia

3、，LIUAi·lian，ZHAOZhen—gang，XIETao，LIYing-lla，XIAOFan，LIChuan(SchoolofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScience&Technology，Kunming650500，China)Abstract：Toeliminateinfluenceoftemperaturefluctuationsonwindspeedmeasurementwithanemometer，designakindoffi

4、berBragggrating(FBG)anemometerusingprincipleofnumbercountingeffectivelyandstablymeasurewindspeed．Thiskindofanemometerhasawindcup，whichhasaspeedcam，andthecountingdeviceconsistsofspeedcamandabalanceablecantileveronwhichFBGispasted．Basedonlinearrelationshipbetweenwindspe

5、edandrevolvingspeedofthewindcup，buildsensingmodel，thencancalculateaccordingtonumbersofcentrallightwavechanges，calculatewindspeedandmonitorwindspeedliveintheaimarea．Windtunnelexperimentsshowthatwindspeedsensorusingprincipleofnumbercountingstartupwindspeedis0．9m／s．1inea

6、rityis6％andsensitivityis0．65r／m．Keywords：windspeedsensor；fiberBragggrating(FBG)；windtunnelexperiment；numbercounting；windspeed0引言FBG风速仪具有抗干扰能力强，不受温度波动影响的特点，目前，测量风速的方法很多，常用的风速测量仪能够有效抑制温度变化对测量带来的影响。本文采用风杯有：风杯风速仪⋯、毕托管风速仪、热线热膜风速仪、式结构制作了计数式FBG风速传感器，并利用风洞试验记超声波风速仪等。热线热膜风速计具有

7、响应快速，有极录FBG中心波长变化的情况，得出传感器的起动风速和线高的空间分辨率等优点，适合于微风和大气湍流探测。超性度、灵敏度。声波风速计线性好、灵敏度高、响应快，适合于大气湍流探1FBG风速仪的结构与测量原理测tsj。国内外也有很多研究是关于使用光纤Bragg光栅外界的应力和应变是最能直接导致FBG中心波长移(FBG)对风速进行检测的，如2012年，王昌、倪家升等人提位’，当FBG受拉伸或挤压作用时，光栅周期会发生变出了一种风力发电中全光纤风速传感器及其制作工艺研化，其反射的中心波长值会发生相应的改变。本文基于风究'l。FBG

8、的主要优势是检测信息为波长编码，其具有杯的结构特点和FBG的传感特性，设计了FBG风速仪，其线性响应的绝对测量和良好的重复性“¨。因此，计数式结构示意图和实物图分别如图1、图2所示。收稿日期：2014-10-09基金项目：云南省应用基础研究计划资助