海洋是人类生存与发展的第二空间,风速测量作为海洋观测的重要要素之一,数据的准确性直接影响到海洋预报、科研考察、渔业生产、港口作业等。提高海洋风速测量的精度,提升风速风向观测数据的准确性具有重要意义。但面对海洋环境,现有的风速测量设备在稳定性、耐腐蚀性上存在着一定不足,无法满足海洋上长期、实时的测量要求。为了解决这些问题,利用光纤布拉格光栅具有体积小,耐腐蚀,抗电磁干扰等优势,提出了一种光纤布拉格光栅风速传感器。本文的主要研究内容如下:采用迎风挡板与等强度梁联动的结构设计,将风速大小转变为等强度梁上应变的变化。基于布拉格光栅传感原理与等强度梁应变理论建立了传感模型,推导出了风速与应变的对应关系。在一根光纤上写入两个布拉格光栅,通过传感器封装技术使其中一个布拉格光栅免受应力作用,另一个处于温度与风速共同影响下,利用参考光栅法,除去温度对风速测量带来的影响。使用计算机数值模拟优化传感器的结构设计。使用ANSYS有限元仿真软件分析了强度梁的上的应变分布,确定了风速测量光栅最优安装位置;分析了不同几何形状挡板的流场特性,减小了传感器对流场的扰动;分析了等强度梁的疲劳寿命,为传感器长期工作稳定性提供了参考。对风速测量光栅及温度补偿光栅的组装和封装技术进行了研究,确定了梯形应变梁结构和具有凹形环的挡风板结构;确定了温度补偿光栅的不锈钢管毛细管单端固支的封装形式,实现了屏蔽风力影响的隔离封装。为提高温度检测的分辨能力,采用薄膜溅射工艺,在温度补偿光栅表面上形成一层金属铝膜,使温度变化引起的光纤光栅伸缩变化量增大。测试结果表明,光栅的温度灵敏度增加了三倍。对风速传感器分别进行了温度特性实验、风速特性实验获得了传感器的性能指标。其中风速特性实验中采用挂载砝码方法代替风力作用,测试传感器的性能,并与风洞试验结果对比。结果显示,两种方法标定的风速与波长关系,变化规律相同仅存在微小差异,风速15 m/s时,两者差异小于5.91%。研究了传感器温度风速双参量补偿技术,提出了温度风速双参数信号处理方法,实验结果表明,本文设计的风速传感器在温度作用下,可准确检测出风速的大小以及环境温度的变化。建立了三维风速传感器模型,给出三维风速矢量合成方法,并验证三维风速传感器模型的可靠性和有效性。