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1、102傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第6期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)06-0102-03基于風(fēng)向標(biāo)的光纖Bragg光柵風(fēng)向儀設(shè)計(jì)胡威，李英娜，趙振剛，謝濤，張長(zhǎng)勝，李川(昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院。云南昆明650500)摘要：風(fēng)向儀能夠測(cè)出風(fēng)向變化，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)機(jī)跟隨風(fēng)向變化進(jìn)行高質(zhì)量發(fā)電，從而降低成本。采用風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)，風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)輪上設(shè)置方向凸輪和角度凸輪，風(fēng)向標(biāo)主體與粘貼有光纖Bragg光柵(FBG)的等懸臂梁固定在底座上。風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)輪受風(fēng)力作用旋轉(zhuǎn)
2、，帶動(dòng)方向凸輪和角度凸輪，等強(qiáng)度懸臂梁受凸輪撞擊產(chǎn)生撓度變化，導(dǎo)致粘貼其上的FBG波長(zhǎng)移位，根據(jù)搭建的數(shù)學(xué)模型，由波長(zhǎng)移位量可得出風(fēng)向標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度即風(fēng)向。通過(guò)對(duì)FBG風(fēng)向儀的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析得出：起動(dòng)風(fēng)速為1．2m／s，非線性誤差為7．92％Fs，靈敏度為1．47pm／(。)，重復(fù)性誤差為6．03％FS。關(guān)鍵詞：光纖Bragg光柵；風(fēng)向標(biāo)；波長(zhǎng)移位；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中圖分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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引言收探頭間的順風(fēng)與逆風(fēng)時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算得到風(fēng)向。另外還在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，無(wú)論是風(fēng)電場(chǎng)的選址，還是風(fēng)力機(jī)的有一些新的方法，例如：有人研究利用仿生學(xué)原理的觸功率特性研究和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制，應(yīng)用風(fēng)向儀對(duì)須傳感器來(lái)測(cè)量風(fēng)向，這種傳感器靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造風(fēng)向進(jìn)行測(cè)量均是
7、其重要環(huán)節(jié)。目前風(fēng)向測(cè)量最常用價(jià)低廉。的方法主要有以下幾種：第一種就是應(yīng)用機(jī)械式風(fēng)向本文設(shè)計(jì)了一種基于風(fēng)向標(biāo)的光纖Bragg光柵(FBG)傳感器進(jìn)行測(cè)量，其以單板風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件，信號(hào)轉(zhuǎn)換風(fēng)向儀，并對(duì)風(fēng)向儀進(jìn)行了風(fēng)洞測(cè)試。方式主要包括格雷碼盤和電位器。格雷碼盤轉(zhuǎn)換原理為風(fēng)1FBG風(fēng)向儀的結(jié)構(gòu)與測(cè)量原理向標(biāo)隨著氣流的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，風(fēng)向軸帶動(dòng)格雷碼盤與風(fēng)向FBG風(fēng)向儀主要部件包括：風(fēng)向標(biāo)主體、方向凸輪、角標(biāo)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出格雷碼信號(hào)，將機(jī)械位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成度凸輪、等強(qiáng)度懸臂梁等。FBG風(fēng)向儀的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)電信號(hào)。之后出現(xiàn)了在機(jī)械式的基礎(chǔ)上加上旋轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)圖IF示。臺(tái)
8、時(shí)鐘指向風(fēng)向，通過(guò)計(jì)算齒
