光纤Bragg光栅动态风速风向仪的研制

发布时间：2017-04-30 00:13

  本文关键词：光纤Bragg光栅动态风速风向仪的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风是表示空气水平运动的物理量。它是向量,既有大小即风速,又有方向即风向。风速和风向随时间的变化是很大的,并带有明显的阵发性。风对人类的生活与生产产生着巨大的影响,风速与风向作为生产环境、民航、电力、国防、交通运输等方面重要的信息参数,风速和风向的监测一直是工程测试中的重要内容。 目前测量风速风向的传感器有很多种,如毕托管测风速、热线热膜测风速风向、超声波测风速风向、以及传统的机械式传感器测风速风向等。传统的机械式传感器测风速风向是测量风速风向的主要方法,它具有结构简单可靠、线性关系好、抗强风能力强、响应快、精度高等特点,但是其抗干扰能力差,远程检测时需要中间继电站和供电措施,不利于远程检测。光纤Bragg光栅作为一种新型的无源光子器件,光纤Bragg光栅传感器的研制与应用受到了普遍的关注。光纤Bragg光栅具有体积小、质量轻、损耗低易于远程检测、易串行复用,又具有抗腐蚀和电磁干扰等优点,在生产环境、航空航天以及能源化工等领域得到广泛应用。 本文将光纤光栅传感检测技术与传统机械式传感器的结构特点相结合,研制了一种光纤Bragg光栅风速风向仪。主要研究内容如下： (1)基于风杯转速与风速成线性关系理论以及风向标旋转角度与等强度悬臂梁的应变特性的理论建立了传感模型,设计了可以同时测量风速与风向的光纤Bragg光栅风速风向仪； (2)根据风速风向仪的设计结构,对风速风向仪的转速凸轮、等强度悬臂梁、角度凸轮和方向凸轮的结构尺寸进行设计,并选取其材料以及加工其结构。 (3)根据传感器的测试需要,搭建了用于测试风速风向仪的测试平台,对风速风向仪实际性能进行了测试。 (4)通过对风速风向仪的测试,风洞实验结果表明该风速传感器的起动风速为0.9m/s,风速传感系数为0.603。 (5)通过对风速风向仪的测试,实验结果表明该风向传感器的起动风速为1.2m/s,非线性误差7.92%FS,灵敏度为1.47皮米／度,重复性误差为6.03%FS。
【关键词】：光纤Bragg光栅 风速 风向 风洞 波长移位
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH765.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 风的概述12-13
• 1.3 风速的测量方法13-19
• 1.3.1 旋转式风速计14-16
• 1.3.2 毕托管16-17
• 1.3.3 散热式风速计17-18
• 1.3.4 声学风速计18
• 1.3.5 激光多普勒测风18-19
• 1.3.6 粒子成像速度场仪19
• 1.4 风向的测量方法19-20
• 1.4.1 风向标19-20
• 1.4.2 其他风向测量方法20
• 1.5 各种风速风向传感器特点总结20-22
• 1.6 风速风向测量的国内外发展概况22
• 1.7 本文的主要创新点22-24
• 第二章 光纤Bragg光栅风速风向仪的设计24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 光纤Bragg光栅风速风向仪的结构与测量原理24-28
• 2.3 光纤Bragg光栅风速风向仪的测量模型28-34
• 2.3.1 光纤Bragg光栅与等强度悬臂梁之间的传感模型28-30
• 2.3.2 风杯转速与风速的数学模型30-33
• 2.3.3 光纤Bragg光栅风向传感器数学模型33-34
• 2.4 小结34-36
• 第三章 光纤Bragg光栅风速风向仪的研制36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 传感器加工组件的材料选择36-38
• 3.2.1 粘贴剂的选择36-38
• 3.2.2 加工组件材料选择38
• 3.3 风速传感器的零件加工原理及其加工38-41
• 3.3.1 风杯式主体39
• 3.3.2 转速凸轮39-40
• 3.3.3 等强度悬臂梁40
• 3.3.4 光纤Bragg光栅风速传感器的装配40-41
• 3.4 风向传感器的零件加工原理及其加工41-44
• 3.4.1 风向标主体41
• 3.4.2 角度凸轮41-42
• 3.4.3 方向凸轮42-43
• 3.4.4 等强度悬臂梁43
• 3.4.5 光纤Bragg光栅风向传感器的装配43-44
• 3.4.6 光纤的熔接和保护44
• 3.5 小结44-46
• 第四章 光纤Bragg光栅风速风向仪的测试实验46-76
• 4.1 引言46
• 4.2 光纤Bragg光栅风速传感器的测试实验与分析46-55
• 4.2.1 实验原理46-47
• 4.2.2 风洞实验47-48
• 4.2.3 试验中的仪器48-50
• 4.2.4 风速传感器的测试实验及数据分析50-55
• 4.3 光纤Bragg光栅风向传感器的测试实验与分析55-74
• 4.3.1 实验原理55-56
• 4.3.2 风向传感器的测量精度56-57
• 4.3.3 测试平台的研制57-58
• 4.3.4 风向传感器的测试实验及数据58-74
• 4.4 小结74-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 5.1 总结76
• 5.2 展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-86
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文与参加课题86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张宏富;风杯动态特性参数的测定[J];成都气象学院学报;2000年03期

2 欧冰洁;段发阶;;超声波隧道风速测量技术研究[J];传感技术学报;2008年10期

3 李丰丽,钟金钢,张永林;双FBG位移测量系统[J];传感器技术;2003年10期

4 曹晔;刘波;开桂云;董孝义;;光纤光栅传感技术研究现状及发展前景[J];传感器技术;2005年12期

5 周雪芳;梁磊;;粘贴式光纤光栅传感器应变传递规律研究[J];传感器世界;2007年08期

6 李星蓉;;光纤传感器在电力系统中的应用[J];电力系统通信;2008年07期

7 唐慧强,黄惟一,李萍,吕清华;基于DSP的超声风速测量(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2005年01期

8 梁振山,隋秀兰,赵小朵;毕托管测试技术[J];华北电力技术;1999年11期

9 丁红星,孙东松,杨昭,顾江;测风激光雷达光束发散对测量精度的影响[J];激光与红外;2004年01期

10 孙冬;张春梅;吴剑华;;几种典型流动测量技术的原理及应用现状[J];辽宁化工;2007年02期

  本文关键词：光纤Bragg光栅动态风速风向仪的研制，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：335891