【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光纖傳感器，尤其涉及一種分布式光纖風(fēng)速儀及風(fēng)速測量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、風(fēng)速測量是氣象學(xué)、航空、航海、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要任務(wù)。準(zhǔn)確的風(fēng)速測量對于天氣預(yù)報(bào)、飛行安全、海洋航行、災(zāi)害預(yù)警等方面至關(guān)重要。
2、現(xiàn)有的風(fēng)速測量技術(shù)主要包括機(jī)械式風(fēng)速計(jì)、超聲波風(fēng)速計(jì)、激光雷達(dá)、微波雷達(dá)以及近年來興起的光纖傳感技術(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)械式風(fēng)速計(jì)，如杯式風(fēng)速計(jì)，通過風(fēng)力驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)來測量風(fēng)速。雖然結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉，但存在響應(yīng)慢、易受機(jī)械磨損等問題，特別是在極端天氣條件下性能不穩(wěn)定。超聲波風(fēng)速計(jì)利用聲波在空氣中的傳播時(shí)間差來測量風(fēng)速。該技術(shù)無需運(yùn)動(dòng)部件，具備較高的測量精度和穩(wěn)定性。然而，超聲波風(fēng)速計(jì)在強(qiáng)風(fēng)和惡劣天氣條件下的表現(xiàn)可能受到影響，且成本相對較高。激光雷達(dá)技術(shù)通過發(fā)射激光脈沖并接收回波信號(hào)來測量風(fēng)速。它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無接觸測量，適用于大氣科學(xué)的研究。不過，激光雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜性和高昂的成本限制了其廣泛應(yīng)用。
3、近年來，光纖傳感技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在風(fēng)速測量中獲得了越來越多的關(guān)注。光纖傳感器不僅具有抗電磁干擾的能力，而且可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測量。基于光纖的風(fēng)速測量已經(jīng)取得一定進(jìn)展，已經(jīng)有專家學(xué)者開發(fā)了一種用于風(fēng)速測量的法布里-珀羅干涉儀光纖點(diǎn)傳感器，具有溫度自校準(zhǔn)功能，但不能提供與分布式傳感技術(shù)相同類型的高分辨率速度曲線數(shù)據(jù)。也有采用光纖布拉格光柵傳感技術(shù)，通過多路復(fù)用技術(shù)，以在單個(gè)光纖內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)流量測量值，并通過激光產(chǎn)生自己的加熱，采用具有兩個(gè)相互垂直的光纖光柵傳感器的交叉網(wǎng)格傳感器用于感測流的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種能夠準(zhǔn)確的測量風(fēng)速的分布式光纖風(fēng)速儀及風(fēng)速測量系統(tǒng)。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采取的技術(shù)方案是：一種分布式光纖風(fēng)速儀，包括傳感光纖，所述傳感器光纖的外側(cè)套設(shè)有導(dǎo)熱管，且所述傳感光纖的兩端分別從所述導(dǎo)熱管的兩端伸出，所述導(dǎo)熱管的外側(cè)套設(shè)有金屬管，恒流源的正極與金屬管的一端連接，恒流源的負(fù)極與金屬管的另一端連接；恒流源直接施加電流在金屬管上金屬管發(fā)熱，熱量隨后由金屬管傳導(dǎo)到導(dǎo)熱管，最后由導(dǎo)熱管傳遞到傳感光纖上。
3、本專利技術(shù)還公開了一種分布式光纖風(fēng)速測量系統(tǒng)，包括所述的光纖風(fēng)速儀，還包括可調(diào)諧激光器，所述可調(diào)諧激光器的光源輸出端經(jīng)第一光纖耦合器后分為兩路，第一路與第二光纖耦合器的一個(gè)輸入端連接，第二路經(jīng)偏置控制器后與第三光纖耦合器的一個(gè)輸入端連接，所述第二光纖耦合器的一個(gè)輸出端與所述光纖風(fēng)速儀中傳感光纖的一端連接，所述第二光纖耦合器的另一個(gè)輸出端與所述第三光纖耦合器的一個(gè)輸入端連接，所述偏置控制器的輸出端與所述第三光纖耦合器的另一個(gè)輸入端連接，所述第三光纖耦合器的一個(gè)輸出端與偏振分束器的輸入端連接，所述偏振分束器的兩個(gè)輸出端分別與一個(gè)探測器連接，所述探測器的信號(hào)輸出端與上位機(jī)連接。
4、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：可調(diào)諧光源輸出的連續(xù)光被第一光纖耦合器分為兩路，其中一路光波通過第二光纖耦合器注入到傳感光纖中，該路激光在傳感光纖中傳播時(shí)不斷產(chǎn)生后向瑞利散射光，后向瑞利散射光部分向前傳輸，通過第二光纖耦合器耦合到第三光纖耦合器中；另一路光束經(jīng)過偏振控制器后作為參考光進(jìn)入第三光纖耦合器，兩路光信號(hào)產(chǎn)生干涉，通過偏振分束器分成兩個(gè)偏振信號(hào)，分別進(jìn)入探測器，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，之后在上位機(jī)進(jìn)行頻譜計(jì)算，通過上位機(jī)計(jì)算出風(fēng)速。
5、采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述風(fēng)速儀使用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集，減少了對傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求，并降低了維護(hù)成本。光纖本身不受電磁場的影響，因此分布式光纖風(fēng)速儀可以在電磁干擾嚴(yán)重的環(huán)境中正常工作，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。相較于傳統(tǒng)的風(fēng)速測量裝置，分布式光纖風(fēng)速儀體積小、重量輕，安裝更加方便快捷。分布式系統(tǒng)允許同時(shí)在多個(gè)位置進(jìn)行風(fēng)速測量，這對于需要了解大面積區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速分布情況非常有用。光纖材料通常具有良好的耐腐蝕性和耐用性，可以在惡劣的氣候條件下長期穩(wěn)定工作。由于其分布式特性，即使某一部分出現(xiàn)故障也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，確保了數(shù)據(jù)的可靠性和連續(xù)性。分布式光纖風(fēng)速儀還可以應(yīng)用于航空、航海、風(fēng)電場管理等多個(gè)領(lǐng)域，能夠提供精確的風(fēng)速測量值。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：包括傳感光纖(7)，所述傳感光纖(7)的外側(cè)套設(shè)有導(dǎo)熱管(9)，且所述傳感光纖(7)的兩端分別從所述導(dǎo)熱管(9)的兩端伸出，所述導(dǎo)熱管(9)的外側(cè)套設(shè)有金屬管(8)，恒流源(11)的正極通過導(dǎo)線(10)與金屬管(8)的一端連接，恒流源(11)的負(fù)極通過導(dǎo)線(10)與金屬管(8)的另一端連接；恒流源(11)直接施加電流在金屬管(8)上，使金屬管(8)發(fā)熱，熱量隨后由金屬管(8)傳導(dǎo)到導(dǎo)熱管(9)，最后由導(dǎo)熱管(9)傳遞到傳感光纖(7)上。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：所述導(dǎo)熱管(9)為二氧化硅毛細(xì)管。
3.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：所述金屬管(8)為圓柱形。
4.一種分布式光纖風(fēng)速測量系統(tǒng)，其特征在于包括如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的光纖風(fēng)速儀，還包括可調(diào)諧激光器(1)，所述可調(diào)諧激光器(1)的光源輸出端經(jīng)第一光纖耦合器(2)后分為兩路，第一路與第二光纖耦合器(12)的一個(gè)輸入端連接，第二路經(jīng)偏置控制器(3)后與第三光纖耦合器(13)的一個(gè)輸入端連接，所述第二光
5.如權(quán)利要求4所述的分布式光纖風(fēng)速測量系統(tǒng)，其特征在于：可調(diào)諧光源(1)輸出的連續(xù)光被第一光纖耦合器(2)分為兩路，其中一路光波通過第二光纖耦合器(12)注入到傳感光纖(7)中，該路激光在傳感光纖(7)中傳播時(shí)不斷產(chǎn)生后向瑞利散射光，后向瑞利散射光部分向前傳輸，通過第二光纖耦合器(12)耦合到第三光纖耦合器(13)中；另一路光束經(jīng)過偏振控制器(3)后作為參考光進(jìn)入第三光纖耦合器(13)，兩路光信號(hào)產(chǎn)生干涉，通過偏振分束器(4)分成兩個(gè)偏振信號(hào)，分別進(jìn)入探測器(5)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，之后在上位機(jī)進(jìn)行頻譜計(jì)算，并通過上位機(jī)計(jì)算出風(fēng)速。
6.如權(quán)利要求5所述的分布式光纖風(fēng)速測量系統(tǒng)，其特征在于：所述上位機(jī)通過如下方法得出風(fēng)速：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：包括傳感光纖(7)，所述傳感光纖(7)的外側(cè)套設(shè)有導(dǎo)熱管(9)，且所述傳感光纖(7)的兩端分別從所述導(dǎo)熱管(9)的兩端伸出，所述導(dǎo)熱管(9)的外側(cè)套設(shè)有金屬管(8)，恒流源(11)的正極通過導(dǎo)線(10)與金屬管(8)的一端連接，恒流源(11)的負(fù)極通過導(dǎo)線(10)與金屬管(8)的另一端連接；恒流源(11)直接施加電流在金屬管(8)上，使金屬管(8)發(fā)熱，熱量隨后由金屬管(8)傳導(dǎo)到導(dǎo)熱管(9)，最后由導(dǎo)熱管(9)傳遞到傳感光纖(7)上。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：所述導(dǎo)熱管(9)為二氧化硅毛細(xì)管。
3.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖風(fēng)速儀，其特征在于：所述金屬管(8)為圓柱形。
4.一種分布式光纖風(fēng)速測量系統(tǒng)，其特征在于包括如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的光纖風(fēng)速儀，還包括可調(diào)諧激光器(1)，所述可調(diào)諧激光器(1)的光源輸出端經(jīng)第一光纖耦合器(2)后分為兩路，第一路與第二光纖耦合器(12)的一個(gè)輸入端連接，第二路經(jīng)偏置控制器(3)后與第三光纖耦合器(13)的一個(gè)輸入端連接，所述第二光纖耦合器(12)的一個(gè)輸出端與所述光...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周雅斌，周雅靜，
申請(專利權(quán))人：周雅斌，
類型：發(fā)明
國別省市：
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