[发明专利]一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，包括：增速管，前涡街发生体、后涡街发生体，涡街发生体组合基座以及光纤光栅传感元件；

所述增速管包括增速段和平稳段；所述前涡街发生体和后涡街发生体通过涡街发生体组合基座固定在一起构成双涡街组合体，所述涡街发生体组合基座固定在增速管平稳段内壁的安装槽中；在增速管和涡街发生体组合基座上分别开有出纤孔，光栅的尾纤通过出纤孔与光栅解调仪连接；

风通过增速管加速并趋于稳定后经前涡街发生体阻碍产生周期性脱落的涡街，再由后涡街发生体作用使涡街信号增强作用于光纤光栅传感元件上，振动信号使弹性膜片产生周期性形变进而使光栅波长产生周期性变化，根据光栅波长变化频率等于同列涡街脱落频率求得风速值；

所述光纤光栅传感元件包括弹性膜片、光纤光栅、光纤座和质量块；将光纤光栅在预紧状态下黏贴在弹性膜片上，一并安装在光纤座上，光纤光栅的尾纤通过光纤座轴心孔引出；在弹性膜片另一端安装质量块；

所述光纤座固定在涡街发生体组合基座上，所述光纤光栅黏贴在弹性膜片上，通过膜片的弹性形变使光栅的波长变化。

2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，所述后涡街发生体上端开有光纤座孔，两侧壁中部位置开设矩形通槽；

所述光纤光栅传感元件固定在涡街发生体组合基座上后，垂直置于后涡街发生体的压腔内。

3.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，所述增速管收缩段的收缩曲线为变形的维托辛斯基曲线，其内径D₁逐渐减小至D₂不变，平稳段为直管，其内径为D₂。

4.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，所述涡街发生体组合基座分为上下两部分，每一部分均包含两个端面；其中，与平稳段管壁连接的端面为矩形，远离平稳段管壁的端面设置为与平稳段管道内壁吻合的弧面。

5.如权利要求4所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，所述涡街发生体组合基座上分别设有与前涡街发生体和后涡街发生体的端面相匹配的涡街发生体安装槽。

6.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，假设前涡街发生体和后涡街发生体的端面之间的间距为s，涡街发生体迎风面宽度为d，两列涡街之间的间距为h，同列涡街之间的间距为L；则满足：h＝1.3d，h/L＝0.281，s在60-65mm之间。

7.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，其特征是，所述前涡街发生体和后涡街发生体的端面之间的间距等于同列涡街之间的间距。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于光纤光栅的涡街风速传感器的组装方法，其特征是，包括：

前涡街发生体和后涡街发生体之间保持设定间距并通过涡街发生体组合基座连接，构成双涡街组合体；

将所述双涡街组合体安装固定在增速管平稳段的矩形槽中；

将光纤光栅黏贴并固化在弹性膜片上，而后一并安装在光纤座和质量块的卡槽中，用环氧树脂胶固化固定；

光纤传感元件安装完成后，插入增速管内，通过光纤座连接在增速管的壁上，弹性膜片和质量块竖直置于后涡街发生体的通槽中；

尾纤通过光纤座和涡街发生体组合基座上的出纤孔和增速管平稳段上的出纤孔与解调仪相连；

将增速管的增速段和平稳段连接。

9.如权利要求8所述的基于光纤光栅的涡街风速传感器的组装方法，其特征是，所述前涡街发生体和后涡街发生体之间的间距在60-65mm之间。