一种模型试验用光纤流速流向仪的制作方法

本实用新型属于传感器技术领域，更具体的说，是涉及一种用于物理模型试验的流速流向传感器。

背景技术：

流速流向测量是物理模型试验的重要内容，涉及航道、船闸、港池、水槽等多种试验类型。传统的模型用光纤流速仪存在着无法直接测量流向、低流速测量误差大、易受泥沙影响、故障率高等缺点；小威龙等声学测量仪器存在成本高昂，不易大规模应用的缺点。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种模型试验用光纤流速流向仪，以解决现有光纤流速仪无法直接测量流向、低流速测量误差大、易受泥沙影响故障率高的技术问题。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模型试验用光纤流速流向仪，包括从上至下依次连接的航空插座、手柄、测杆和探头，所述探头包括转向支架，所述转向支架与所述测杆的下端转动连接，在所述转向支架上固装有尾翼和旋桨轴，在所述旋桨轴上安装有旋桨，所述旋桨与所述旋桨轴转动连接，所述旋桨的叶片外侧脊面设有反光涂层，在所述旋桨两侧设有限位轴套，所述限位轴套空套在所述旋桨轴上并可在所述旋桨轴上沿轴向移动，所述测杆采用空心结构，在所述测杆的下端安装有尾帽，在所述尾帽内设有至少一簇发射光导纤维和至少三簇与旋桨叶片一一对应的接收光导纤维，所述发射光导纤维和所述接收光导纤维的下端与所述旋桨对面安装，所述发射光导纤维和所述接收光导纤维穿越所述测杆，每个所述发射光导纤维的上端与一个发光二极管对面安装，每个所述接收光导纤维的上端与一个光敏二极管对面安装且设置在一个独立的反射光通道内，所述光敏二极管和所述发光二极管安装在电路板上，所述电路板固定在所述手柄的内腔中，在所述电路板上设有传感器电路，所述传感器电路包含微处理器以及与所述微处理器连接的地磁角传感器、所述光敏二极管和所述发光二极管，所述传感器电路的输出端与所述航空插座的输入端连接。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

所述转向支架设有调节螺母，所述调节螺母连接在所述测杆的下端。

所述尾帽采用空腔结构，分为五部分，其中一个是居中设置的发射光导纤维腔，另外四个是环绕在所述发射光导纤维腔周围的接收光导纤维腔，一簇所述发射光导纤维和四簇所述接收光导纤维分别穿装在对应的空腔结构内且下端与尾帽底端平齐。

所述反射光通道是由一个隔栅结构的栅格构成的，所述隔栅结构设置在所述电路板的下部。

所述测杆的上端通过漏斗型连接件与所述手柄的下端连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：通过反射光通道接收到反光信号的时差计算旋桨轴的偏转角度，联合手柄内的地磁角传感器，通过MCU微处理器的数据计算获得水流流向，实现对水流方向的360度检测。通过每个反射光通道的反光频率来感知旋桨转速，每个反射光通道的反光频率与水流流速一一对应，低流速测量误差小；通过采用转动旋桨两侧设置可移可转限位轴套的结构，使该光纤流速流向仪受泥沙影响小，故障率低。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图；

图2为本实用新型的测杆与探头局部示意图；

图3为本实用新型的测杆尾端结构示意图；

图4为本实用新型的尾帽及光导纤维结构示意图；

图5为本实用新型的手柄内腔中的结构示意图。

图中：1、航空插座；2、手柄；3、测杆；4、探头；5、调节螺母；6、转向支架；7、旋桨；8、旋桨轴；9、尾翼；10、轴套；11、反光涂层；12、接收光导纤维；13、发射光导纤维；14、接收光导纤维；15、接收光导纤维；16、尾帽；17、接收光导纤维；18、漏斗型连接件；19、隔栅结构；20、地磁角传感器；21、电路板。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种模型试验用光纤流速流向仪，包括从上至下依次连接的航空插座1、手柄2、测杆3和探头4。

所述探头4包括转向支架6，所述转向支架6与所述测杆3的下端转动连接，在所述转向支架6上固装有尾翼9和旋桨轴8，在所述旋桨轴8上安装有旋桨7，所述旋桨7与所述旋桨轴8转动连接，所述旋桨7的叶片外侧脊面设有反光涂层11，在所述旋桨7两侧设有限位轴套10，所述限位轴套10空套在所述旋桨轴8上并可在所述旋桨轴8上沿轴向移动。旋桨7的这种安装结构，可减少其因受泥沙影响产生故障的概率。

所述测杆3采用空心结构，在所述测杆3的下端安装有尾帽16，在所述尾帽16内设有至少一簇发射光导纤维13和至少三簇与旋桨叶片一一对应的接收光导纤维12、14、15 和17，所述发射光导纤维13和所述接收光导纤维12、14、15和17的下端与所述旋桨7 对面安装，所述发射光导纤维13和所述接收光导纤维12、14、15和17穿越所述测杆3，每个所述发射光导纤维13的上端与一个发光二极管对面安装，每个所述接收光导纤维 12、14、15或17的上端与一个光敏二极管对面安装且设置在一个独立的反射光通道内。

所述光敏二极管和所述发光二极管安装在电路板21上，所述电路板21固定在所述手柄2的内腔中，在所述电路板21上设有传感器电路，所述传感器电路包含微处理器以及与所述微处理器连接的地磁角传感器20、所述光敏二极管和所述发光二极管，所述传感器电路的输出端与所述航空插座1的输入端连接。

在本实施例中，所述转向支架6设有调节螺母5，所述调节螺母5连接在所述测杆3 的下端，通过调节调节螺母5可改变测杆3底端尾帽16与旋桨7的间距，以便调节反光强度。所述尾帽16采用空腔结构，分为五部分，其中一个是居中设置的发射光导纤维腔，另外四个是环绕在所述发射光导纤维腔周围的接收光导纤维腔，一簇所述发射光导纤维 13和四簇所述接收光导纤维12、14、15和17分别穿装在对应的空腔结构内且下端与尾帽底端平齐。每簇光导纤维由多根光导纤维丝组成。所述反射光通道是由一个隔栅结构 19的栅格构成的，所述隔栅结构19设置在所述电路板21的下部。所述测杆3的上端通过漏斗型连接件18与所述手柄2的下端连接。

本实用新型的应用过程如下：

应用时光纤流速流向仪固定，探头探入水中，测杆保持竖直，尾翼在水平面内随不定水流方向改变而旋转，待水流流向与尾翼平行时，尾翼处于动态平衡状态而不再旋转，在尾翼旋转过程中，带动转向支架随之旋转，旋桨轴亦跟随转动，处于平衡状态时，旋桨轴与水流方向平行，此时，旋桨在水流冲击下绕旋桨轴转动，当旋桨转动时，旋桨叶片外侧反光涂层将发射光导纤维射出的光线依次反射给四簇接收光导纤维，依旋桨轴与光纤流速流向仪基向夹角的不同，四簇接收光导纤维接收到反光的时刻也不同，根据四个接收时刻的时间差可计算得到旋桨轴与光纤流速流向仪基向的夹角θA，光纤流速流向仪基向方位角可通过地磁角传感器20测量，记为θB，两个角度求和即可求得水流方向。同时，在旋桨旋转过程中，每簇接收光导纤维接收到光信号的频率直接与水流大小一一对应，通过测量该频率即可测量水流流速。至此，水流流向和流速均实现精确测量。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。