本技術(shù)屬于冰風(fēng)載荷測(cè)量，具體涉及一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量是氣象、電網(wǎng)運(yùn)行、風(fēng)電、航空等行業(yè)共同關(guān)注的核心環(huán)境參數(shù)之一。

2、對(duì)于風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)方案1是：“一種自供電全向性風(fēng)速風(fēng)向傳感器”(cn202211205665.7)。該申請(qǐng)涉及風(fēng)向監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自供電全向性風(fēng)向風(fēng)速傳感器，包括底座、柔性支撐桿、絕緣球殼、柔性懸掛桿、小磁球和柔性線圈；底座內(nèi)置傳感器電路，絕緣球殼通過(guò)柔性支撐桿安裝在底座的上方，內(nèi)壁上貼滿柔性線圈，并通過(guò)導(dǎo)線將電動(dòng)勢(shì)信號(hào)引出，內(nèi)部通過(guò)柔性懸掛桿懸掛一個(gè)小磁球，當(dāng)柔性支撐桿隨風(fēng)擺動(dòng)時(shí)，絕緣球殼內(nèi)部的柔性懸掛桿帶著小磁球開(kāi)始擺動(dòng)，此時(shí)，柔性線圈中通過(guò)的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率。該實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)為球形，當(dāng)受到任意方向的風(fēng)作用時(shí)，風(fēng)向和風(fēng)力引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部磁通量變化，通過(guò)觀察感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和輸出通道(當(dāng)風(fēng)向風(fēng)速不同時(shí)，貼在球內(nèi)壁不同位置的線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)不同)，就可以對(duì)風(fēng)力和風(fēng)向做出判斷。

3、現(xiàn)有技術(shù)方案2是：“一種簡(jiǎn)易的風(fēng)向風(fēng)速傳感器”(cn?201510966468)。該申請(qǐng)公開(kāi)了一種簡(jiǎn)易的風(fēng)向風(fēng)速傳感器，包括底座、支架固定在底座上，感應(yīng)框設(shè)置在底座的上端面上,風(fēng)敏桿懸掛在支架上,風(fēng)敏桿位于感應(yīng)框的中心軸處,風(fēng)敏桿的自由端低于感應(yīng)框的上沿，感應(yīng)框的每一個(gè)邊的內(nèi)側(cè)均設(shè)有應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳送給風(fēng)速轉(zhuǎn)換電路模塊,風(fēng)速轉(zhuǎn)換電路模塊與顯示屏電連接，電源模塊提供電源。

4、上述兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)均采用電磁感應(yīng)的電壓作為輸出量來(lái)感測(cè)風(fēng)向和風(fēng)力，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)易受輸電線路自身的復(fù)雜電磁環(huán)境干擾，且響應(yīng)較遲緩，不適用輸電線路中的風(fēng)場(chǎng)的矢量和實(shí)時(shí)測(cè)量的需求；而且傳感器產(chǎn)生的信號(hào)需通過(guò)公網(wǎng)或無(wú)線組網(wǎng)跳轉(zhuǎn)的方式傳回變電站，對(duì)于處于無(wú)公網(wǎng)區(qū)的長(zhǎng)距離輸電線路而言，存在信號(hào)傳輸困難的問(wèn)題。

5、尤其對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電的超高壓和特高壓輸電線路而言，經(jīng)常暴露在野外惡劣環(huán)境，對(duì)線路周邊風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測(cè)的常規(guī)傳感器面臨諸多挑戰(zhàn)，包括：其運(yùn)行的電磁環(huán)境復(fù)雜，傳感器可靠性低；長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)傳感器供電困難，尤其長(zhǎng)期處于低溫陰冷條件時(shí)，容易出現(xiàn)供電不足，無(wú)法正常工作的情況；對(duì)于處于無(wú)公網(wǎng)信號(hào)區(qū)的線路，監(jiān)測(cè)信號(hào)難以向外傳輸；特別是上述現(xiàn)有風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置在雨雪冰凍天氣后，如上述柔性支撐桿的測(cè)量結(jié)構(gòu)容易被覆冰凍結(jié)，但監(jiān)測(cè)方并不能得知覆冰狀態(tài)，此時(shí)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)不能正常反應(yīng)實(shí)際風(fēng)速風(fēng)量數(shù)據(jù)，容易使監(jiān)測(cè)方記錄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，無(wú)法正常發(fā)揮作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，所述傳感器包括支撐底座、與所述支撐底座連接的彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)、設(shè)置在所述彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)頂部的風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；

2、所述風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)包括風(fēng)載荷光纖光柵組；

3、所述彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)包括第一光纖光柵；

4、所述風(fēng)載荷光纖光柵組用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，所述第一光纖光柵用于通過(guò)稱重判斷是否結(jié)冰。

5、優(yōu)選的，所述彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)還包括：覆蓋于所述支撐底座的外罩、設(shè)置在所述外罩和支撐底座之間的彈性支桿；所述第一光纖光柵固定于所述彈性支桿上；所述外罩與支撐底座豎向滑動(dòng)連接；所述彈性支桿底端與支撐底座固定，所述彈性支桿頂端與外罩內(nèi)側(cè)抵接。

6、優(yōu)選的，所述風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述外罩頂部的迎風(fēng)桿；

7、所述風(fēng)載荷光纖光柵組包括多個(gè)固定于所述迎風(fēng)桿的第二光纖光柵，多個(gè)第二光纖光柵沿所述迎風(fēng)桿周向均勻布設(shè)；

8、多個(gè)所述第二光纖光柵用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向。

9、優(yōu)選的，所述風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述外罩頂部的迎風(fēng)桿和多個(gè)懸空安裝在外罩頂部的風(fēng)向測(cè)量增敏單元，多個(gè)所述風(fēng)向測(cè)量增敏單元以外罩中心為環(huán)繞中心點(diǎn)呈環(huán)形陣列布設(shè)；

10、所述風(fēng)載荷光纖光柵組包括固定于所述迎風(fēng)桿的第二光纖光柵和多個(gè)對(duì)應(yīng)分設(shè)在多個(gè)所述風(fēng)向測(cè)量增敏單元上的第三光纖光柵；

11、所述第二光纖光柵用于測(cè)量風(fēng)速，多個(gè)第三光纖光柵用于測(cè)量風(fēng)向。

12、優(yōu)選的，所述迎風(fēng)桿頂部同軸設(shè)置有風(fēng)速增敏球。

13、優(yōu)選的，所述風(fēng)向測(cè)量增敏單元包括懸空安裝在外罩頂部上表面的懸臂梁和設(shè)置在懸臂梁懸空端的風(fēng)向增敏球；所述第三光纖光柵沿所述懸臂梁長(zhǎng)度方向水平貼附固定于懸臂梁。

14、優(yōu)選的，所述外罩上表面開(kāi)設(shè)有供懸臂梁懸空安裝的凹槽，多個(gè)懸臂梁的懸空端均朝向迎風(fēng)桿布設(shè)。

15、優(yōu)選的，所述凹槽靠近外罩外側(cè)的槽壁底部開(kāi)設(shè)有與外部連通的排水通孔。

16、優(yōu)選的，所述外罩與支撐底座之間通過(guò)設(shè)置滑軌豎向滑動(dòng)連接；

17、所述滑軌的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)滑軌沿支撐底座周向均勻布設(shè)。

18、優(yōu)選的，所述滑軌的底部高于支撐底座底部。

19、與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果如下：

20、本實(shí)用新型提供了一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，傳感器包括支撐底座、與支撐底座連接的彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)、設(shè)置在彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)頂部的風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)包括用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)載荷光纖光柵組；彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)包括用于稱重的第一光纖光柵；該傳感器通過(guò)采用風(fēng)載荷光纖光柵組測(cè)量風(fēng)載荷，無(wú)需風(fēng)向標(biāo)等可動(dòng)部件，使覆冰不嚴(yán)重的狀態(tài)下也能得到風(fēng)載荷傳感數(shù)據(jù)；同時(shí)采用第一光纖光柵在不影響其頂部風(fēng)載荷光纖光柵組正常工作的情況下測(cè)量冰載荷，也無(wú)需可動(dòng)部件，無(wú)需供電、傳感信號(hào)能夠抗電磁干擾、在無(wú)公網(wǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸；結(jié)合風(fēng)載荷光纖光柵組和第一光纖光柵，能夠使監(jiān)測(cè)方獲取傳感器覆冰狀態(tài)，當(dāng)覆冰嚴(yán)重干擾風(fēng)載荷測(cè)量時(shí)，避免記錄錯(cuò)誤風(fēng)載荷數(shù)據(jù)，從而得到更加準(zhǔn)確、真實(shí)的風(fēng)載荷傳感數(shù)據(jù)，使后續(xù)風(fēng)載荷測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)特征：

1.一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述傳感器包括支撐底座(1)、與所述支撐底座(1)連接的彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)、設(shè)置在所述彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)頂部的風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)；所述支撐底座(1)固定于桿塔(b6)上部；

2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)還包括：覆蓋于所述支撐底座(1)的外罩(2)、設(shè)置在所述外罩(2)和支撐底座(1)之間的彈性支桿(4)；所述第一光纖光柵(5)固定于所述彈性支桿(4)上；所述外罩(2)與支撐底座(1)豎向滑動(dòng)連接；所述彈性支桿(4)底端與支撐底座(1)固定，所述彈性支桿(4)頂端與外罩(2)內(nèi)側(cè)抵接。

3.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述外罩(2)頂部的迎風(fēng)桿(6)；

4.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述外罩(2)頂部的迎風(fēng)桿(6)和多個(gè)懸空安裝在外罩(2)頂部的風(fēng)向測(cè)量增敏單元，多個(gè)所述風(fēng)向測(cè)量增敏單元以外罩(2)中心為環(huán)繞中心點(diǎn)呈環(huán)形陣列布設(shè)；

5.如權(quán)利要求3或4所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述迎風(fēng)桿(6)頂部同軸設(shè)置有風(fēng)速增敏球(8)。

6.如權(quán)利要求4所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述風(fēng)向測(cè)量增敏單元包括懸空安裝在外罩(2)頂部上表面的懸臂梁(9)和設(shè)置在懸臂梁(9)懸空端的風(fēng)向增敏球(11)；所述第三光纖光柵(10)沿所述懸臂梁(9)長(zhǎng)度方向水平貼附固定于懸臂梁(9)。

7.如權(quán)利要求6所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述外罩(2)上表面開(kāi)設(shè)有供懸臂梁(9)懸空安裝的凹槽(12)，多個(gè)懸臂梁(9)的懸空端均朝向迎風(fēng)桿(6)布設(shè)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述凹槽(12)靠近外罩(2)外側(cè)的槽壁底部開(kāi)設(shè)有與外部連通的排水通孔(13)。

9.如權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述外罩(2)與支撐底座(1)之間通過(guò)設(shè)置滑軌(3)豎向滑動(dòng)連接；

10.如權(quán)利要求9所述的一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，其特征在于，所述滑軌(3)的底部高于支撐底座(1)底部。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供了一種光纖光柵式冰風(fēng)載荷傳感器，傳感器包括支撐底座、與支撐底座連接的彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)、設(shè)置在彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)頂部的風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)；所述支撐底座固定于桿塔上部；風(fēng)載荷傳感機(jī)構(gòu)包括用于測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的風(fēng)載荷光纖光柵組；彈性支撐稱重機(jī)構(gòu)包括用于稱重的第一光纖光柵；該傳感器通過(guò)采用風(fēng)載荷光纖光柵組測(cè)量風(fēng)載荷，采用第一光纖光柵測(cè)量冰載荷，無(wú)需供電、傳感器信號(hào)能夠抗電磁干擾、在無(wú)公網(wǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)能夠使監(jiān)測(cè)方獲取傳感器覆冰狀態(tài)，當(dāng)覆冰嚴(yán)重，干擾風(fēng)載荷測(cè)量時(shí)避免記錄錯(cuò)誤風(fēng)載荷數(shù)據(jù)，防止正確數(shù)據(jù)污染。

技術(shù)研發(fā)人員：姬昆鵬,劉暢,漢京善,朱尤祥,王立君,王世豪,展思杰,楊加倫,趙彬,展雪萍,王劍,張國(guó)強(qiáng),張立春,李孟軒,李鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240228
技術(shù)公布日：2024/11/18