高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器及風(fēng)向測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳 感器及風(fēng)向測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)向是自然環(huán)境的重要信息參數(shù)。當(dāng)前社會(huì)日益注重全球環(huán)境保護(hù)，而風(fēng)向也越 來(lái)越需要在大范圍被實(shí)時(shí)、精確地測(cè)量出來(lái)。風(fēng)向傳感器主要用于建筑、機(jī)械、鐵路、港口、 氣象、索道、環(huán)境、溫室、養(yǎng)殖、交通等各行各業(yè)的風(fēng)向觀測(cè)，為人們的生產(chǎn)和生活提供準(zhǔn)確、 可靠的氣象信息。 陽(yáng)00引中國(guó)專利公開(kāi)了一種"風(fēng)向傳感器"（公開(kāi)號(hào)CN2537013,公開(kāi)日2003年2月19日），它由撥盤、轉(zhuǎn)抽、碼盤、軸承、軸座、線路板、管座、插座、發(fā)光管、光電管，還有上夾板、下 夾板、螺絲構(gòu)成，其中上夾板、線路板、下夾板上的安裝孔用夾模一次加工而成，用螺栓將它 們連接成一體，運(yùn)種結(jié)構(gòu)能保證碼盤上弧槽的中屯、與管座上下翼插裝的發(fā)光管、光電管的 中屯、一一對(duì)應(yīng)，從而保證了儀器測(cè)量的精度。
[0004]中國(guó)專利公開(kāi)了"一種風(fēng)向傳感器"（公開(kāi)號(hào)CN201311431，公開(kāi)日2009年9月16 日），包括風(fēng)向標(biāo)、傳動(dòng)部件、風(fēng)向編碼座W及基座；所述風(fēng)向編碼器包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤及套設(shè)在 所述轉(zhuǎn)盤外的定位盤，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤與所述傳動(dòng)部件相連，隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所述定 位盤固定在所述基座上；所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤外圓周上設(shè)置有至少兩層磁鋼體層，所述磁鋼體層上 下垂直排列，每層包括有若干個(gè)磁鋼體；在所述定位盤的內(nèi)圓周上、與所述磁鋼體層相對(duì)應(yīng) 的位置處設(shè)置有感應(yīng)元件層，所述感應(yīng)元件層包括有若干個(gè)感應(yīng)元件，所述感應(yīng)元件輸出 端連接有測(cè)量電路；每層磁鋼體層及其對(duì)應(yīng)的感應(yīng)元件層構(gòu)成風(fēng)向傳感器的編碼盤。 陽(yáng)〇化]但是，基于編碼盤的風(fēng)向傳感器易于受到電磁干擾，且受到分辨率的限制而導(dǎo)致 測(cè)量精度難W保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感 器及風(fēng)向測(cè)量方法，可W不受電磁干擾的影響，提高風(fēng)向的測(cè)量精度。
[0007] 一種高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器，包括單風(fēng)向標(biāo)、圓形漸變?yōu)V波片、光 學(xué)組件和主控電路板，單風(fēng)向標(biāo)與豎直設(shè)置的轉(zhuǎn)軸連接，圓形漸變?yōu)V波片呈水平狀態(tài)穿設(shè) 固定在轉(zhuǎn)軸上，光學(xué)組件包括分別安裝在圓形漸變?yōu)V波片上下兩側(cè)的第一光纖準(zhǔn)直器和第 二光纖準(zhǔn)直器，第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器的中屯、在一條豎直直線上，所述主控電 路板包括主控電路及與主控電路連接的激光器和光電探測(cè)器；
[0008] 所述主控電路用于控制激光器發(fā)光，激光器發(fā)出的光經(jīng)由光纖傳輸?shù)降谝还饫w準(zhǔn) 直器，再經(jīng)由圓形漸變?yōu)V波片透射到第二光纖準(zhǔn)直器后由光電探測(cè)器檢測(cè)；
[0009] 所述主控電路還用于將光電探測(cè)器檢測(cè)的透射光得到透射光強(qiáng)，進(jìn)而根據(jù)透射光 強(qiáng)和濾波片透射光強(qiáng)隨著圓周角度的變化系數(shù)計(jì)算得到風(fēng)向角度值。
[0010] 如上所述的高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器，設(shè)所述主控電路將光 電探測(cè)器檢測(cè)的透射光得到透射光強(qiáng)P，濾波片透射光強(qiáng)隨著圓周角度的變化系數(shù)為
其中PmAX和PMIW分別為將圓形漸變?yōu)V波片繞轉(zhuǎn)軸緩慢旋轉(zhuǎn)一周主控電路 記錄的最大透射光強(qiáng)Pmax和最小透射光強(qiáng)Pmw風(fēng)向角度值0的計(jì)算公式為：
[0011] 如上所述的高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器，所述單風(fēng)向標(biāo)與轉(zhuǎn)軸之間用 螺絲銜接，轉(zhuǎn)軸與圓形漸變?yōu)V波片之間用卡槽連接并封裝在圓柱殼體內(nèi)，單風(fēng)向標(biāo)可在圓 柱殼體上方自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012] 如上所述的高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器，第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖 準(zhǔn)直器分別位于字型支架的上下兩端。
[0013] 如上所述的高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器，"C"字型支架上下各開(kāi)一個(gè) 固定孔，兩固定孔中屯、在一條直線上，第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器分別粘附在上下 兩固定孔中。
[0014] 一種風(fēng)向測(cè)量方法，利用上述光電式風(fēng)向傳感器進(jìn)行風(fēng)向的測(cè)量，包括如下步 驟：
[0015] 步驟一、主控電路板上電后主控電路執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的程序，激光器發(fā)出一定功率 的光，光經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)降谝还饫w準(zhǔn)直器端面，穿透圓形漸變?yōu)V波片后光投射到第二光纖 準(zhǔn)直器端面，禪合至光纖中傳輸，并由光電探測(cè)器檢測(cè)后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，光電探測(cè)器檢測(cè)的 電信號(hào)經(jīng)過(guò)主控電路轉(zhuǎn)換為透射光強(qiáng)；
[0016] 步驟二、將圓形漸變?yōu)V波片繞轉(zhuǎn)軸緩慢旋轉(zhuǎn)一周，主控電路記錄最大透射光強(qiáng)Pmax 和最小透射光強(qiáng)Pmw從而得到濾波片透射光強(qiáng)隨著圓周角度的變化系數(shù)
[0017] 步驟=、測(cè)風(fēng)向時(shí)，單風(fēng)向標(biāo)在風(fēng)帶動(dòng)下偏轉(zhuǎn)一定角度，同時(shí)圓形漸變?yōu)V波片也轉(zhuǎn) 動(dòng)一角度，主控電路記錄此時(shí)光電探測(cè)器檢測(cè)到的透射光強(qiáng)P，主控電路根據(jù)透射光強(qiáng)P及 公式
計(jì)算得到風(fēng)向角度值0。
[0018] 本發(fā)明所使用的圓形漸變?yōu)V波片作為一種光譜特性隨濾波片表面位置變化的光 學(xué)薄膜器件，具有體積小，重量輕，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明利用圓形漸變?yōu)V波片的光譜特 性，即其在圓周方向上隨著濾波片的角度呈現(xiàn)線性變化的特點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)出根據(jù)濾波片透 射率隨著圓周角度的變化系數(shù)和實(shí)時(shí)檢測(cè)的透射光強(qiáng)即可得到風(fēng)向角度，相比現(xiàn)有技術(shù)使 用編碼盤不會(huì)存在電磁干擾的的問(wèn)題，而且計(jì)算出的風(fēng)向角度值精確度高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖中：1一單風(fēng)向標(biāo)，2-轉(zhuǎn)軸，3-圓形漸變?yōu)V波片，4-光學(xué)組件，5-第一光纖準(zhǔn) 直器，6-第二光纖準(zhǔn)直器，7-光纖，8-主控電路板，9-主控電路，10-激光器，11-光電 探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] 圖1是本發(fā)明高精度可連續(xù)測(cè)量的光電式風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，所述光電式風(fēng) 向傳感器包括單風(fēng)向標(biāo)1、圓形漸變?yōu)V波片3、光學(xué)組件4和主控電路板8。單風(fēng)向標(biāo)1與豎 直設(shè)置的轉(zhuǎn)軸2連接，圓形漸變?yōu)V波片3呈水平狀態(tài)穿設(shè)固定在轉(zhuǎn)軸2上。所述圓形漸變 濾波片3為360°全方向上光，透射率沿圓周呈線性變化，即所述圓形漸變?yōu)V波片3在一周 360°方向內(nèi)，光的透射率呈線性變化。
[0023] 所述單風(fēng)向標(biāo)1與轉(zhuǎn)軸2之間可用螺絲銜接，轉(zhuǎn)軸2與圓形漸變?yōu)V波片3之間可 用卡槽連接并封裝在圓柱殼體內(nèi)，單風(fēng)向標(biāo)1可在圓柱殼體上方自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0024]光學(xué)組件4包括分別安裝在圓形漸變?yōu)V波片3上下兩側(cè)的第一光纖準(zhǔn)直器5和第 二光纖準(zhǔn)直器6,第一光纖準(zhǔn)直器5和第二光纖準(zhǔn)直器6的中屯、在一條豎直直線上。第一光 纖準(zhǔn)直器5和第二光纖準(zhǔn)直器6分別位于"C"字型支架的上下兩端。"C"字型支架可由 不誘鋼加工而成，上下各開(kāi)一個(gè)固定孔，兩固定孔中屯、在一條直線上，第一光纖準(zhǔn)直器5和 第二光纖準(zhǔn)直器6分別用502膠粘附在上下兩固定孔中。
[00巧]所述主控電路板8包括主控電路9及與主控電路9連接的激光器10和光電探測(cè) 器11，激光器10通過(guò)光纖7與第一光纖準(zhǔn)直器5連接，激光器10發(fā)出的光經(jīng)由光纖7傳 輸?shù)降谝还饫w準(zhǔn)直器5,再穿透圓形漸變?yōu)V波片3后透射到第二光纖準(zhǔn)直器6后由光電探 測(cè)器11檢測(cè)，第二光纖準(zhǔn)直器6接收到的光可經(jīng)由光纖7傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器11進(jìn)行。當(dāng) 風(fēng)向標(biāo)1隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸2帶動(dòng)下端的圓形漸變?yōu)V波片3轉(zhuǎn)動(dòng)，光電探測(cè)器 11將所測(cè)的透射光傳輸至主控電路9，主控電路9根據(jù)光電探測(cè)器11探測(cè)到透射光判斷出 風(fēng)