一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置的制作方法

1.本发明涉及沙尘监测技术领域，具体为一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置。


背景技术：

2.沙尘暴天气时狂风裹的沙石、浮尘到处弥漫，凡是经过地区空气浑浊，呛鼻迷眼，呼吸道等疾病人数增加，严重影响人民群众正常的生产生活秩序，因此有必要对沙尘易发地带进行监测，以降低沙尘暴带来的危害，其中申请号为cn202123342590.0的一种气象沙尘监测装置，通过设置的显示屏、风速风向传感器、湿度传感器、沙尘监测器以及太阳能板，使得该装置可利用太阳能转化为电能供电力设备使用，同时使用者可以更快速直观的察觉到环境中风速风力、湿度以及沙尘浓度等气象环境变化，从而做出相应的恶略气象应对措施，虽然解决了供电需求问题，但是由于沙尘监测设备需要将设备长时间置于沙尘发生地带，一旦发生恶劣的沙尘天气，监测设备在无任何防护措施的情况下，风沙会迅速覆盖在监测设备表面，监测设备无法进行实时监测操作，后台工作人员无法获知监测地的风沙情况，所以这里设计了一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置，以便于解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置，以解决上述背景技术中提出的如何避免发生沙尘天气导致检测设备无法正常监测的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置，包括立杆、光纤光栅传感器、飞沙流传感器以及用于安装飞沙流传感器的安装组件，所述立杆的底端设有能够稳定立起立杆的底盘。
5.所述光纤光栅传感器以及飞沙流传感器均通过无线信号与智能监控平台远程连接，实现远程信号传送。
6.所述安装组件包括中空支撑框，所述立杆的外壁顶端对称固定有两个l型支撑架，所述中空支撑框固定在两个l型支撑架的上端面之间，所述中空支撑框的内壁对称固定有两个连杆，两个连杆相互靠近的一端固定有夹块，两个夹块之间转动设有球型座，两个夹块相对侧壁设置为与球型座外壁转动贴合的球面型凹槽，球型座位于中空支撑框内部，并且能够在两个夹块之间转动，所述飞沙流传感器的底端通过连接柱固定在球型座的外壁上端，所述球型座的外壁下端固定有吊杆，且吊杆的底端固定有配重球，利用吊杆将配重球向远离球型座的一端延伸，能够为球型座配重，避免球型座在无外力干预的情况下发生任意角度的晃动，从而避免安装在球型座外壁顶端的飞沙流传感器以及球型座在两个夹块之间随意晃动。
7.无沙尘天气时，飞沙流传感器不工作，只有在光纤光栅传感器能够监测到吊杆以及配重球出现位移的现象，智能监控平台控制飞沙流传感器启动，避免飞沙流传感器实时监测消耗电力资源。
8.所述光纤光栅传感器可调节设置在配重球外壁与立杆顶端之间，在不影响飞沙流传感器监测沙尘的前提下，通过晃动的方式，能够在发生沙尘天气时，将飞落在飞沙流传感器外壁上的沙尘抖落吊，避免大量的风沙覆盖在飞沙流传感器表面，导致飞沙流传感器无法进行精确监测风沙的强度和速度，避免导致后台工作人员无法获知监测地的风沙情况。
9.在进一步的实施例中，所述立杆的上端开设有倒立t型槽，且倒立t型槽滑动插接有倒立t型调节杆，所述倒立t型调节杆端部贯穿倒立t型槽槽口且延伸至立杆的上方位置，所述配重球外壁底端以及倒立t型调节杆的顶端均固定有球型块，所述光纤光栅传感器两端均连接有连接座，且两个连接座分别开设有与两个球型块转动卡接的球型槽，光纤光栅传感器被拉动时，能够带动倒立t型调节杆沿着倒立t型槽内部滑动，以便于补偿光纤光栅传感器跟随配重球晃动时的高度差，避免光纤光栅传感器因配重球晃动拉扯而被损坏，同时，光纤光栅传感器两端的连接座与各自对应的球型块之间发生相对转动，以便于补偿光纤光栅传感器跟随配重球晃动时的角度差。
10.在进一步的实施例中，所述倒立t型调节杆外壁套接有位于倒立t型槽内的弹簧。
11.在进一步的实施例中，两个l型支撑架相对侧壁固定有中空缓冲框，所述配重球位于中空缓冲框内部，且配重球的外壁固定有若干个向远离配重球的一侧下方弯曲的缓冲杆，只有风沙吹动飞沙流传感器，才会导致吊杆以及配重球位置发生变化，缓冲杆端部受到中空缓冲框内壁限制，会产生弯曲，同时产生反弹势能，避免配重球发生剧烈晃动而影响飞沙流传感器的正常监测操作或者震坏飞沙流传感器。
12.在进一步的实施例中，所述飞沙流传感器的外壁顶端转动设有转动杆，所述转动杆的外壁顶端设有扇叶，所述转动杆的外壁对称铰接有两个位于飞沙流传感器外部的防护罩，两个防护罩分别围绕铰接位置向相互靠近的一侧转动，直至两个防护罩相对侧壁贴合在一起，实现将飞沙流传感器封闭在两个防护罩构成的防护空间。
13.出现飞尘天气时，风力吹动扇叶以及转动杆在飞沙流传感器的顶端发生转动，从而带动两个防护罩同步以转动杆发生转动操作，两个防护罩转动过程中易产生离心力，会围绕各自铰接位置向相互远离的一侧翻转，飞沙流传感器暴露在空气中，用于监测沙尘。
14.在进一步的实施例中，两个防护罩相对侧壁均内嵌有第一电磁铁，且两个第一电磁铁的信号端口均连接有第一plc控制器，所述第一plc控制器通过无线信号与智能监控平台远程连接，利用智能监控平台远程操控第一plc控制器，第一plc控制器连通第一电磁铁的电路，使得两个第一电磁铁之间产生相互排斥的磁力，确保两个防护罩能够围绕各自铰接位置向相互远离的一侧翻转打开。
15.在进一步的实施例中，所述立杆与底盘之间设有能够带动立杆上下抖动的调节座。
16.在进一步的实施例中，所述调节座固定在底盘的上端面，所述调节座的上端开设有倒立t型缓冲槽，所述立杆的底端滑动延伸至倒立t型缓冲槽内部，且固定连接有能够沿着倒立t型缓冲槽内壁滑动的导向块，所述导向块的底端面内嵌有第二电磁铁，所述倒立t型缓冲槽内部底端面设有第三电磁铁，所述第二电磁铁以及第三电磁铁的信号端口连接有第二plc控制器，所述第二plc控制器通过无线信号与智能监控平台远程连接，利用智能监控平台远程操控第二plc控制器，第二plc控制器连通第二电磁铁以及第三电磁铁的电路，使得第二电磁铁以及第三电磁铁之间产生相互排斥的磁力，能够将导向块沿着倒立t型缓
冲槽内部向上快速滑动，立杆能够同步升起，随后断开第二电磁铁以及第三电磁铁的电路，导向块失去推力，沿着倒立t型缓冲槽内部向下滑动，不断重复上述步骤，能够将立杆沿着轴向方向抖动，将沙尘天气中覆盖在飞沙流传感器表面的沙尘抖落掉。
17.在进一步的实施例中，所述倒立t型缓冲槽内部径向侧壁对称设有两个向第三电磁铁中心位置下方弯曲的弧形弹性支撑片，且两个弧形弹性支撑片位于第二电磁铁和第三电磁铁之间，弧形弹性支撑片能够起到缓震的目的，避免飞沙流传感器因振动而损坏，同时也保护了第三电磁铁。
18.在进一步的实施例中，所述导向块的外壁固定有限位块，所述倒立t型缓冲槽内部径向侧壁开设有与限位块滑动卡进的限位槽。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置，发生恶劣的沙尘天气时，风沙吹动安装在球型座上的飞沙流传感器以球型座为中心任意方向摆动，此时光纤光栅传感器能够监测到吊杆出现位移的现象，通过无线信号传送至智能监控平台，然后智能监控平台控制飞沙流传感器启动，既能够达到对风沙进行监测的需求，又能避免在无沙尘天气时，飞沙流传感器监测消耗电力资源，在不影响飞沙流传感器监测沙尘的前提下，能够通过晃动的方式避免大量的风沙覆盖在飞沙流传感器表面，导致飞沙流传感器无法进行精确监测风沙的强度和速度，避免导致后台工作人员无法获知监测地的风沙情况。
附图说明
20.图1为本发明主体结构示意图；图2为本发明的飞沙流传感器安装结构侧视图；图3为本发明的吊杆、配重球、光纤光栅传感器以及立杆局部剖视图；图4为本发明的吊杆以及配重球结构示意图；图5为本发明的飞沙流传感器、转动杆、扇叶以及两个防护罩结构主视图；图6为本发明的单个防护罩结构示意图；图7为本发明的立杆以及调节座结构剖视图。
21.图中：1、底盘；2、调节座；3、立杆；4、中空缓冲框；5、吊杆；6、中空支撑框；7、球型座；8、飞沙流传感器；9、光伏板；10、连杆；11、夹块；12、配重球；13、球型块；14、光纤光栅传感器；15、连接座；16、弹簧；17、倒立t型槽；18、倒立t型调节杆；19、缓冲杆；20、扇叶；21、防护罩；22、转动杆；23、导向块；24、第二电磁铁；25、弧形弹性支撑片；26、第三电磁铁；27、限位块；28、限位槽。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例一请参阅图1，本实施例提供了一种基于光纤光栅传感器的沙尘监测装置，包括立杆
3、光纤光栅传感器14、飞沙流传感器8以及用于安装飞沙流传感器8的安装组件，立杆3的底端设有能够稳定立起立杆3的底盘1，底盘1采用浇筑或者填埋的方式设置在预设安装地，然后将立杆3垂直设置在底盘1上，用于支撑沙尘监测设备。
24.请参阅图1，安装组件包括中空支撑框6，立杆3的外壁顶端对称固定有两个l型支撑架，其中一个l型支撑架的外壁顶端固定有倾斜分布的光伏板9，将光伏板9角度调整至最佳角度，接受太阳光照，进行光电转换操作，为光纤光栅传感器14、飞沙流传感器8以及控制电路组件供电。
25.请参阅图1-2，中空支撑框6固定在两个l型支撑架的上端面之间，中空支撑框6的内壁对称固定有两个连杆10，两个连杆10相互靠近的一端固定有夹块11，两个夹块11之间转动设有球型座7，球型座7位于中空支撑框6内部，并且能够在两个夹块11之间转动。
26.请参阅图2，两个夹块11相对侧壁设置为与球型座7外壁转动贴合的球面型凹槽，通过设置球面型凹槽，确保球型座7自由转动的同时，还能够防止球型座7脱离两个夹块11的夹持。
27.请参阅图1-2，飞沙流传感器8的底端通过连接柱固定在球型座7的外壁上端，球型座7的外壁下端固定有吊杆5，且吊杆5的底端固定有配重球12，利用吊杆5将配重球12向远离球型座7的一端延伸，能够为球型座7配重，避免球型座7在无外力干预的情况下发生任意角度的晃动，从而避免安装在球型座7外壁顶端的飞沙流传感器8以及球型座7在两个夹块11之间随意晃动。
28.光纤光栅传感器14以及飞沙流传感器8均通过无线信号与智能监控平台远程连接，智能监控平台能够远程操控光纤光栅传感器14以及飞沙流传感器8，实现远程信号传送。
29.光纤光栅传感器14可调节设置在配重球12外壁与立杆3顶端之间，通过光纤光栅传感器14连接配重球12和立杆3，并且光纤光栅传感器14处于张紧的状态，发生恶劣的沙尘天气时，风沙吹动安装在球型座7上的飞沙流传感器8以球型座7为中心任意方向摆动，配重球12位置发生变化，会拉动光纤光栅传感器14，使得光纤光栅传感器14产生拉伸形变，反射波长发生变化，将反射光远程发生至智能监控平台，智能监控平台连接信号解调器进行解调，解调后的电信号最终传到计算机进行数据处理，即通过光纤光栅传感器14能够监测到吊杆5以及配重球12出现位移的现象，然后智能监控平台控制飞沙流传感器8启动，飞沙流传感器8测量沙粒通量及摩擦风速，能够以15秒/次的频率对飞沙流进行监测，它采用力学-声学耦合原理进行测量，当飞沙流吹打到声压感应部件上时，会产生声压，声压信号被电子处理器所采集，然后电子处理器会对声压信号进行放大、滤波、线性化以及数字化，被数字化的信号通过rs232或sdi-12方式传输到数据采集器上，以便于工作人员精确掌握。
30.同样，摩擦风速的测量也是如此，风与声压感应件之间会产生摩擦力，被电子处理器采集，然后转化为数字信号输出。
31.通过上述方式，能够满足对风沙进行监测的需求，同时，无沙尘天气时，飞沙流传感器8不工作，只有在光纤光栅传感器14能够监测到吊杆5以及配重球12出现位移的现象，智能监控平台控制飞沙流传感器8启动，避免飞沙流传感器8实时监测消耗电力资源。
32.另外，在不影响飞沙流传感器8监测沙尘的前提下，通过晃动的方式，能够在发生沙尘天气时，将飞落在飞沙流传感器8外壁上的沙尘抖落吊，避免大量的风沙覆盖在飞沙流
传感器8表面，导致飞沙流传感器8无法进行精确监测风沙的强度和速度，避免导致后台工作人员无法获知监测地的风沙情况。
33.风沙吹动安装在球型座7上的飞沙流传感器8以球型座7为中心任意方向摆动，配重球12位置发生变化，会拉动光纤光栅传感器14，使得光纤光栅传感器14产生拉伸形变，反射波长发生变化，为了避免光纤光栅传感器14因配重球12晃动拉扯而被损坏，请参阅图3，在立杆3的上端开设有倒立t型槽17，且倒立t型槽17滑动插接有倒立t型调节杆18，倒立t型调节杆18端部贯穿倒立t型槽17槽口且延伸至立杆3的上方位置，配重球12外壁底端以及倒立t型调节杆18的顶端均固定有球型块13，光纤光栅传感器14两端均连接有连接座15，且两个连接座15分别开设有与两个球型块13转动卡接的球型槽，光纤光栅传感器14被拉动时，能够带动倒立t型调节杆18沿着倒立t型槽17内部滑动，以便于补偿光纤光栅传感器14跟随配重球12晃动时的高度差，避免光纤光栅传感器14因配重球12晃动拉扯而被损坏。
34.同时，光纤光栅传感器14两端的连接座15与各自对应的球型块13之间发生相对转动，以便于补偿光纤光栅传感器14跟随配重球12晃动时的角度差。
35.倒立t型调节杆18外壁套接有位于倒立t型槽17内的弹簧16，利用弹簧16的弹力，避免倒立t型调节杆18位置随意滑动，影响光纤光栅传感器14感应精度。
36.实施例二在实施例1的基础上做了进一步改进：请参阅图1和图4，在两个l型支撑架相对侧壁固定有中空缓冲框4，配重球12位于中空缓冲框4内部，且配重球12的外壁固定有若干个向远离配重球12的一侧下方弯曲的缓冲杆19，通过将配重球12置于中空缓冲框4内，以及在配重球12的外壁设置缓冲杆19，在飞沙流传感器8未受到风沙吹动时，利用缓冲杆19端部抵在中空缓冲框4的内壁，配重球12的位置在无外力干预的情况下不随意发生变化。
37.只有风沙吹动飞沙流传感器8，才会导致吊杆5以及配重球12位置发生变化，缓冲杆19端部受到中空缓冲框4内壁限制，会产生弯曲，同时产生反弹势能，避免配重球12发生剧烈晃动而影响飞沙流传感器8的正常监测操作或者震坏飞沙流传感器8。
38.请参阅图5和图6，飞沙流传感器8的外壁顶端转动设有转动杆22，转动杆22的外壁顶端设有扇叶20，转动杆22的外壁对称铰接有两个位于飞沙流传感器8外部的防护罩21，自然状态下，飞沙流传感器8不进行监测操作时，为了避免飞沙流传感器8遭受风吹雨淋，影响飞沙流传感器8的使用寿命，因此在自然状态下，两个防护罩21分别围绕铰接位置向相互靠近的一侧转动，直至两个防护罩21相对侧壁贴合在一起，实现将飞沙流传感器8封闭在两个防护罩21构成的防护空间，达到对飞沙流传感器8的保护目的。
39.出现飞尘天气时，风力至少达到5级以上，因此具有足够的力吹动扇叶20以及转动杆22在飞沙流传感器8的顶端发生转动，从而带动两个防护罩21同步以转动杆22发生转动操作，两个防护罩21转动过程中易产生离心力，会围绕各自铰接位置向相互远离的一侧翻转，飞沙流传感器8暴露在空气中，用于监测沙尘。
40.另外，在两个防护罩21相对侧壁均内嵌有第一电磁铁，且两个第一电磁铁的信号端口均连接有第一plc控制器，第一plc控制器通过无线信号与智能监控平台远程连接，光伏板9为第一plc控制器供电，利用智能监控平台远程操控第一plc控制器，第一plc控制器连通第一电磁铁的电路，使得两个第一电磁铁之间产生相互排斥的磁力，确保两个防护罩
21能够围绕各自铰接位置向相互远离的一侧翻转打开。
41.实施例三在实施例1的基础上做了进一步改进：请参阅图1和图7，在立杆3与底盘1之间设有能够带动立杆3上下抖动的调节座2，利用调节座2将立杆3沿着轴向方向抖动，能够进一步将沙尘天气中覆盖在飞沙流传感器8表面的沙尘抖落掉。
42.请参阅图7，调节座2固定在底盘1的上端面，调节座2的上端开设有倒立t型缓冲槽，立杆3的底端滑动延伸至倒立t型缓冲槽内部，且固定连接有能够沿着倒立t型缓冲槽内壁滑动的导向块23，导向块23的底端面内嵌有第二电磁铁24，倒立t型缓冲槽内部底端面设有第三电磁铁26，第二电磁铁24以及第三电磁铁26的信号端口连接有第二plc控制器，第二plc控制器通过无线信号与智能监控平台远程连接，光伏板9为第二plc控制器供电，利用智能监控平台远程操控第二plc控制器，第二plc控制器连通第二电磁铁24以及第三电磁铁26的电路，使得第二电磁铁24以及第三电磁铁26之间产生相互排斥的磁力，能够将导向块23沿着倒立t型缓冲槽内部向上快速滑动，立杆3能够同步升起，随后断开第二电磁铁24以及第三电磁铁26的电路，导向块23失去推力，沿着倒立t型缓冲槽内部向下滑动，不断重复上述步骤，能够将立杆3沿着轴向方向抖动，将沙尘天气中覆盖在飞沙流传感器8表面的沙尘抖落掉。
43.另外，导向块23失去推力，沿着倒立t型缓冲槽内部向下滑动会落在第三电磁铁26上端面，这样会对第三电磁铁26损坏，通过在倒立t型缓冲槽内部径向侧壁对称设有两个向第三电磁铁26中心位置下方弯曲的弧形弹性支撑片25，且两个弧形弹性支撑片25位于第二电磁铁24和第三电磁铁26之间，导向块23沿着倒立t型缓冲槽内部向下滑动时，会落在两个弧形弹性支撑片25上，弧形弹性支撑片25受到下压力产生弯曲，能够起到缓震的目的，避免飞沙流传感器8因振动而损坏，同时也保护了第三电磁铁26。
44.导向块23的外壁固定有限位块27，倒立t型缓冲槽内部径向侧壁开设有与限位块27滑动卡进的限位槽28，限位块27沿着限位槽28内部滑动，不影响导向块23上下往复滑动，同时避免立杆3发生转动操作。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。