[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

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法，包括：增速管包括增速段和平稳段；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，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；光纤光栅传感元件直接固定在涡街发生体组合基座上，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；本发明有益效果：通过增速管和双涡街结构，使涡街信号增强，同时降低了风速传感器的测量下限值。将双涡街发生体与基座组合安装完成后一起放置于平稳段内，避免了前涡街发生体和后涡街发生体之间的相对位移变化导致的测量误差。

技术领域

本发明涉及风速传感器技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法。

背景技术

风速测量技术在煤炭油田、航海航天、气象预报、电力系统等领域有广泛的应用。目前，最常用的传感器为风杯式风速传感器、差压式风速传感器、热线式风速传感器。

上述传感器存在各自不足之处：

风杯式风速传感器：该类传感器为机械旋转结构，由于可能高速旋转而不能应用于可燃性气体环境中，如：煤矿和油田；风杯旋转需要启动风速(一般为3m/s)，限制了传感器风速测量下限值。

差压式风速传感器：依据伯努利方程将风速转化为差压，通过测量静压之差求得风速。结构简单，低速下压损相对较大，对于低风速测量存在极大误差。

热线式风速传感器：在恶劣环境下，热线容易损坏，测量精度差，用温度变化测量响应时间长。

中国专利ZL201310097907.X公开了一种涡街风速计，通过涡街的脱落频率来确定风速值，但是该专利测量管是直管单涡街发生体，对于低风速测量效果不理想；采用电子式压力传感器嵌入发生体中感知涡街信号，无法避免电磁干扰、雷击等因素，需提供有源设备。

中国专利ZL201210248722.X公开了一种基于三角柱型漩涡发生体的光纤Bragg光栅涡街流量计及其使用方法，该专利发生体为单涡街发生体，测量精度不高；另外，传感元件位于发生体内，导致感应到的涡街信号不强，进一步影响了测量精度；并且，该专利结构的光纤无法在涡街发生体装配后进行出纤，生产工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤光栅的涡街风速传感器及其组装方法，该传感器通过增速管和双涡街结构使涡街信号增强，降低了风速传感器的测量下限值。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于光纤光栅的涡街风速传感器，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。

进一步地，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。

进一步地，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。