CN101710130B - 组合式微型微风三维风速风向感应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式微型微风三维风速风向感应器，解决了现有技术存在的设备造价昂贵，结构复杂的问题，包括在支架(1)的三维立体方向上分别设置的三个一维风速感应器，它由码盘轴承套体(12)、主轴套(14)、转动轴(15)、叶片辐条(16)和叶片(17)组成，转动轴(15)的顶端设置有安装风车叶片的叶片辐条(16)，叶片辐条(16)在与转动轴(15)垂直的平面内均匀辐射设置，每片叶片(17)沿同一圆周方向分别与叶片辐条(16)构成的平面成45度角，转动轴(15)的底端设置有码盘(13)，在码盘的转盘上的通孔(19)与两对光敏发射接收管配合将光信号传给CPU。适用于对野外环境、室内的三维风进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及适用于野外环境、室内及动力系统中测试的三维风速风向测试装置，特别涉及三维风速风向感应器。
背景技术
风是重要的气象要素，一般意义讲环境风是指空气水平运动的矢量。常规的风速、风向测试仪器主要应用于平面风的测试，而在特殊环境监测和动力工程应用中，往往需求测取三维风速和风向。目前国内外虽有能在野外环境测量三维风速风向的感应器，但设备造价昂贵，结构复杂，体积大，测试精度容易受环境的影响；
发明内容
本发明提供的组合式微型微风三维风速风向感应器解决了现有技术存在的设备造价昂贵，结构复杂，体积大，测试精度容易受环境的影响的技术问题。
本发明是通过以下方案解决以上问题的：
组合式微型微风三维风速风向感应器，包括支架和在支架上分别设置的U轴一维风速感应器座体、V轴一维风速感应器座体和W轴一维风速感应器座体，U轴一维风速感应器座体和V轴一维风速感应器座体在同一水平面上且相互垂直设置，W轴一维风速感应器座体与U轴一维风速感应器座体和V轴一维风速感应器座体构成的水平面垂直设置，这三个一维风速感应器座体结构相同，在U轴一维风速感应器座体上设置有第一一维风速感应器，在V轴一维风速感应器座体上设置有第二一维风速感应器，在W轴一维风速感应器座体上设置有第三一维风速感应器，所述的结构相同的一维风速感应器由码盘轴承套体、主轴套、转动轴、叶片辐条和叶片组成，转动轴的顶端设置有安装风车叶片的叶片辐条，叶片辐条以转动轴为圆心在与转动轴垂直的平面内均匀辐射设置，在每根叶片辐条上固定设置有叶片，每片叶片沿同一圆周方向分别与叶片辐条构成的平面成45度角，转动轴的底端设置有码盘，该码盘设置在码盘轴承套体中，主轴套设置在转动轴中部并与码盘轴承套体固定连接在一起，码盘轴承套体与一维风速感应器座体活动连接；设置在码盘轴承套体中的码盘由转盘和半环形码盘罩组成，转盘与转动轴的底端固定连接，半环形码盘罩固定设置在码盘轴承套体的内侧壁上，在转盘上设置有通孔，在通孔转动通过的半环形码盘罩的上下罩体上对应设置有两对光敏发射接收管，即第一光敏发射管，第一光敏接收管和第二光敏发射管，第二光敏接收管，这两对光敏发射接收管均分别与信号采集机电连接在一起，信号采集机中设置有光电转换器和CPU。
所述的CPU为单片机，且该单片机通过接口电路与PC机电连接在一起，在支架上设置有温度传感器，该温度传感器与信号采集机电连接在一起。
所述的信号采集机连有多个在三维方向上设置了一维风速感应器的架体。
本发明应用范围广，工作性能可靠，性价比高，特别适用于对野外环境、室内及动力系统中的三维风速风向进行测试。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的一维风速感应器的结构示意图
图3是本发明的码盘的结构示意图
图4是风矢量M在三维坐标下的合成与分解图
具体实施方式
组合式微型微风三维风速风向感应器，包括支架1和在支架1上分别设置的U轴一维风速感应器座体3、V轴一维风速感应器座体5和W轴一维风速感应器座体7，U轴一维风速感应器座体3和V轴一维风速感应器座体5在同一水平面上且相互垂直设置，W轴一维风速感应器座体7与U轴一维风速感应器座体3和V轴一维风速感应器座体5构成的水平面垂直设置，这三个一维风速感应器座体结构相同，在U轴一维风速感应器座体3上设置有第一一维风速感应器4，在V轴一维风速感应器座体5上设置有第二一维风速感应器6，在W轴一维风速感应器座体7上设置有第三一维风速感应器8，所述的结构相同的一维风速感应器由码盘轴承套体12、主轴套14、转动轴15、叶片辐条16和叶片17组成，转动轴15的顶端设置有安装风车叶片的叶片辐条16，叶片辐条16以转动轴15为圆心在与转动轴15垂直的平面内均匀辐射设置，在每根叶片辐条16上固定设置有叶片17，每片叶片17沿同一圆周方向分别与叶片辐条16构成的平面成45度角，转动轴15的底端设置有码盘13，该码盘13设置在码盘轴承套体12中，主轴套14设置在转动轴15中部并与码盘轴承套体12固定连接在一起，码盘轴承套体12与一维风速感应器座体活动连接；设置在码盘轴承套体12中的码盘13由转盘18和半环形码盘罩24组成，转盘18与转动轴15的底端固定连接，半环形码盘罩24固定设置在码盘轴承套体12的内侧壁上，在转盘18上设置有通孔19，在通孔19转动通过的半环形码盘罩24的上下罩体上对应设置有两对光敏发射接收管，即第一光敏发射管20，第一光敏接收管21和第二光敏发射管22，第二光敏接收管23，这两对光敏发射接收管均分别与信号采集机9电连接在一起，信号采集机9中设置有光电转换器和CPU。
所述的CPU为单片机，且该单片机通过接口电路与PC机电连接在一起，在支架1上设置有温度传感器2，该温度传感器2与信号采集机9电连接在一起。
所述的信号采集机9连有多个在三维方向上设置了一维风速感应器的架体。
在每个垂直向上的支架上共分别设置三个一维风速感应器，并按迪卡尔坐标系形成U、V、W相互垂直的方向。每个一维风速感应器风车直径为15-20cm，亦可按不同的测试要求、按比例做放大或缩小叶片的尺寸。
信号采集机可采集多台三维风速、单维风速、两维风速的此外当需要温度、湿度、风压等参数时，在结构、线路和软件是上还可组成多要素的测量系统，并通过计算机处理和应用网络技术形成大规模物理量的远程在线监测系统。
风矢量M在三维坐标下的合成与分解如图4。风矢量M与W、U、V轴的夹角分别为α、β、γ，风矢量M在W、U、V轴的分量分别为：Mw＝Mcosα、Mu＝OMcosβ、Mv＝OMcosγ。Mw的风速大小和正负可通过风杯螺旋桨与VU平面平行、主轴VU平面垂直的与的一维风速感应器测取；Mu的风速大小和正负可通过风杯螺旋桨与VW平面平行、主轴VW平面垂直的与的一维风速感应器测取；Mv的风速大小和正负可通过风杯螺旋桨与UW平面平行、主轴UW平面垂直的与的一维风速感应器测取。这样通过采用不同方位对风的测量就可确定出风在三维坐标的位置。实测风速的三个方向的风速，M1w＝Mw；M1u＝Mu；M1v＝Mv。其合成风速的大小M1可用下式确定。
M1＝(M1u2+M1v2+M1w2)1/2
实际应用中在三个方向(正北，正东，向上)分别安装一个一维风速感应器，就可得到三个方向风的吹向和大小，利用数学矢量公式，利用(正北，正东)二个方向风的吹向和大小的数据，就能得到该测点平面风的吹向和大小；利用数学矢量公式，利用(正北，正东，向上)三个方向风的吹向和大小，就能得到该测点立体风的吹向和大小。可见具有组合式特点的方便。
在测量三维风速的感应器的基础上，设置1个温度传感器2，选用微型数字传感器，其适应范围为-55℃-----125℃，精度为0.5℃，其中在0----80℃时精度为正负0.2℃，三个方向的风速传感器及一个数字温度传感器的数据由单片微处理器自动采集、识别、计数、并储存在存储器内可供上位机随时调用。
Claims (3)
1.一种组合式微型微风三维风速风向感应器，包括支架(1)和在支架(1)上分别设置的U轴一维风速感应器座体(3)、V轴一维风速感应器座体(5)和W轴一维风速感应器座体(7)，U轴一维风速感应器座体(3)和V轴一维风速感应器座体(5)在同一水平面上且相互垂直设置，W轴一维风速感应器座体(7)与U轴一维风速感应器座体(3)和V轴一维风速感应器座体(5)构成的水平面垂直设置，这三个一维风速感应器座体结构相同，其特征在于：在U轴一维风速感应器座体(3)上设置有第一一维风速感应器(4)，在V轴一维风速感应器座体(5)上设置有第二一维风速感应器(6)，在W轴一维风速感应器座体(7)上设置有第三一维风速感应器(8)，所述的结构相同的一维风速感应器包括码盘轴承套体(12)、主轴套(14)、转动轴(15)、叶片辐条(16)和叶片(17)，转动轴(15)的顶端设置有安装风车叶片的叶片辐条(16)，叶片辐条(16)以转动轴(15)为圆心在与转动轴(15)垂直的平面内均匀辐射设置，在每根叶片辐条(16)上固定设置有叶片(17)，每片叶片(17)沿同一圆周方向分别与叶片辐条(16)构成的平面成45度角，转动轴(15)的底端设置有码盘(13)，该码盘(13)设置在码盘轴承套体(12)中，主轴套(14)设置在转动轴(15)中部并与码盘轴承套体(12)固定连接在一起，码盘轴承套体(12)与一维风速感应器座体活动连接；设置在码盘轴承套体(12)中的码盘(13)由转盘(18)和半环形码盘罩(24)组成，转盘(18)与转动轴(15)的底端固定连接，半环形码盘罩(24)固定设置在码盘轴承套体(12)的内侧壁上，在转盘(18)上设置有通孔(19)，在通孔(19)转动通过的半环形码盘罩(24)的上、下罩体上对应设置有两对光敏发射、接收管，即第一光敏发射管(20)，第一光敏接收管(21)和第二光敏发射管(22)，第二光敏接收管(23)，这两对光敏发射、接收管均分别与信号采集机(9)电连接在一起，信号采集机(9)中设置有光电转换器和CPU。
2.根据权利要求1所述的组合式微型微风三维风速风向感应器，其特征在于：所述的CPU为单片机，且该单片机通过接口电路与PC机电连接在一起，在支架(1)上设置有温度传感器(2)，该温度传感器(2)与信号采集机(9)电连接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的组合式微型微风三维风速风向感应器，其特征在于：所述的信号采集机(9)连有多个在三维方向上设置了一维风速感应器的架体。
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