CN101923101B - 一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，包括探头、压差传感器、温度传感器、微处理器及信号转换接口，通过压差传感器感应到的被测量件周围空气流动所导致空气压差的变化并将该压差信号依据一定的公式换算成相应的风速值通过信号转换接口输送到上位机显示；由于压差传感器采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器实时监测环境温度的变化进而换算成相应条件下的空气密度值，实时地对空气密度值进行修正，避免了受环境温度影响较大而且测量精度较低的缺点；微处理器利用数字滤波算法抗振动干扰能力强；采用信号转换接口扩展性好；另外所用的部件由小封装低功耗电子器件组装而成，体积小、功耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，具体涉及一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器。
背景技术
目前监测横风的风速及风向的横风传感器主要应用于军事领域，横风传感器是坦克火控系统的重要组成部分，用于感知平行于地面、垂直于弹道方向上的横风的风速及风向，提供给计算机调整火炮射击诸元，提高弹道计算精度和首发命中率。
传统的横风传感器主要采用加热式横风传感器，依据气流流动时热量分布不均的原理研制而成，这种横风传感器具有体积大、功耗高、响应速度慢、测量精度低的缺陷，另外，加热式横风传感器测量时极易受外界环境温度的影响，使用范围受限，而且缺乏通信端口而无法接入其它的设备来配合工作，导致扩展性差。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，包括探头、压差传感器、温度传感器、微处理器及信号转换接口，通过压差传感器感应到的被测量件周围空气流动所导致空气压差的变化并将该压差信号依据一定的公式换算成相应的风速值通过信号转换接口输送到上位机显示；由于压差传感器采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器实时监测环境温度的变化进而换算成相应条件下的空气密度值，实时地对空气密度值进行修正，避免了受环 境温度影响较大而且测量精度较低的缺点；微处理器利用数字滤波算法抗振动干扰能力强；采用信号转换接口扩展性好；另外所用的部件由电子器件组装而成，由此而体积小、功耗低。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，包括探头1，所述的探头1是一个顶端封闭、内部中空的柱体，在该中空的主体侧壁上有第一圆孔7、第二圆孔8、第三圆孔10、第四圆孔11，其中第一圆孔7和第二圆孔8的高度一样，而第三圆孔10和第四圆孔11的高度一致，第三圆孔10与第一软管12一端相连，第四圆孔11与第二软管13一端相连；第一软管12的另一端和第二软管13的另一端分别和压差传感器2的第一通气端口14和第二通气端口15相连接；压差传感器2的时钟输入端口16和微处理器4的时钟线输入输出I/O端口19相连接，压差传感器2的数据线通信端口17和微处理器4的数据线输入输出I/O端口18相连接，微处理器4的发送输出端口21和信号转换接口5的接收输入端口23相连接，微处理器4的接收输入端口22和信号转换接口5的发送输出端口24相连接，微处理4的温度测量输入输出I/O端口20和温度传感器3的数据线通信端口9相连接，温度传感器3的感温触头在探头1内并靠近第一圆孔7和第二圆孔8的高度，信号转换接口5的发送输出端口25和上位机6的接收输入端口27相连接，信号转换接口5的接收输入端口26和上位机6的发送输入端口28相连接。
所述的微处理器4包含数字滤波模块，该数字滤波模块采用无限脉冲响应滤波算法对气流压差数字信号ΔP进行滤波处理。
所述的微处理器4包含空气密度换算模块，该空气密度换算模块先根据空气温度信号换算出空气密度ρ，再依据横风速计算公式 换算出当 前风速值v，其中：ΔP为气流压差数字信号。
所述的压差传感器2采用的是微电子芯片。
通过将该数字式横风传感器固定安置于被测量件上并接通电源启动压差传感器2、温度传感器3、微处理器4以及信号转换接口5，当外界环境发生空气流动时，气流依次通过探头1的第三圆孔10和第四圆孔11，再分别经第一软管12和第二软管13，传至压差传感器2的第一通气端口14和第二通气端口15，压差传感器2通过其第一通气端口14和第二通气端口15感应气流流经时的气压差值ΔP，压差传感器2将测得的压差数字信号ΔP通过通信接口从数据线通信端口17发送至微处理器4的数据线输入输出I/O端口18，微处理器4中数字滤波模块采用无限脉冲响应滤波算法对该压差数字信号ΔP进行滤波处理，同时温度传感器3采集到外界环境温度并将该温度信号通过其数据线通信端口9输送至微处理器4的温度测量输入输出I/O端口20中，微处理器的空气密度换算模块先根据该温度信号换算出空气密度ρ，再依据横风速计算公式 
换算出当前风速值v，而当气流从探头1的第二圆孔8流入、第一圆孔7流出时，ΔP为正值，风速v为正值；当气流从探头1的圆孔7流入、圆孔8流出时，ΔP为负值，风速v为负值，因此通过风速值v正负即可判断横风的风向，随后微处理器4将风速值v通过信号转换接口5输送到上位机6显示，上位机6也通过信号转换接口5可对微处理器4的输出频率进行设置以及零点的标定。由于压差传感器2采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器3实时监测温度的变化并将其温度信号输送至微处理器4中的空气密度换算模块换算成相对应的空气密度，实现实时测算空气密度的功能，能适应温度变化而进行调节，避免了受环境温度影响较大而且测量精度较低的缺点；微处理器4利用数字滤波算法，有效地降低了测量过程中振动冲击的影响，抗振 动干扰能力强；采用信号转换接口5，可接入其它的设备来配合工作，扩展性好；另外所用的部件由电子器件组装而成，由此体积小、功耗低。
附图说明
附图是本发明的部件连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的说明。
如附图所示，用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，包括探头1，所述的探头1是一个顶端封闭、内部中空的柱体，在该中空的主体侧壁上有第一圆孔7、第二圆孔8、第三圆孔10、第四圆孔11，其中第一圆孔7和第二圆孔8的高度一样，而第三圆孔10和第四圆孔11的高度一致，第三圆孔10与第一软管12一端相连，第四圆孔11与第二软管13一端相连；第一软管12的另一端和第二软管13的另一端分别和压差传感器2的第一通气端口14和第二通气端口15相连接；压差传感器2的时钟输入端口16和微处理器4的时钟线输入输出I/O端口19相连接，压差传感器2的数据线通信端口17和微处理器4的数据线输入输出I/O端口18相连接，微处理器4的发送输出端口21和信号转换接口5的接收输入端口23相连接，微处理器4的接收输入端口22和信号转换接口5的发送输出端口24相连接，微处理4的温度测量输入输出I/O端口20和温度传感器3的数据线通信端口9相连接，温度传感器3的感温触头在探头1内并靠近第一圆孔7和第二圆孔8的高度，信号转换接口5的发送输出端口25和上位机6的接收输入端口27相连接，信号转换接口5的接收输入端口26和上位机6的发送输入端口28相连接。所述的微处理器4包含数字滤波模块和空气密度换算模块。所述的压差传感器2采用的是微电子芯片。
本发明的工作原理是：通过将该数字式横风传感器固定安置于被测量件上 并接通电源启动压差传感器2、温度传感器3、微处理器4以及信号转换接口5，当外界环境发生空气流动时，气流依次通过探头1的第三圆孔10和第四圆孔11，再分别经第一软管12和第二软管13，传至压差传感器2的第一通气端口14和第二通气端口15，压差传感器2通过其第一通气端口14和第二通气端口15感应气流流经时的气压差值ΔP，压差传感器2将测得的压差数字信号ΔP通过通信接口从数据线通信端口17发送至微处理器4的数据线输入输出I/O端口18，微处理器4中数字滤波模块采用无限脉冲响应滤波算法对该压差数字信号ΔP进行滤波处理，同时温度传感器3采集到外界环境温度并将该温度信号通过其数据线通信端口9输送至微处理器4的温度测量输入输出I/O端口20中，微处理器的空气密度换算模块先根据该温度信号换算出空气密度ρ，再依据横风速计算公式 
换算出当前风速值v，而当气流从探头1的第二圆孔8流入、第一圆孔7流出时，ΔP为正值，风速v为正值；当气流从探头1的圆孔7流入、圆孔8流出时，ΔP为负值，风速v为负值，因此通过风速值v正负即可判断横风的风向，随后微处理器4将风速值v通过信号转换接口5输送到上位机6显示，上位机6也通过信号转换接口5可对微处理器4的输出频率进行设置以及零点的标定。由于压差传感器2采用的是微电子芯片，具有灵敏度高和测量精度高的优点；借助温度传感器3实时监测温度的变化并将其温度信号输送至微处理器4中的空气密度换算模块换算成相对应的空气密度，实现实时测算空气密度的功能，能适应温度变化而进行调节，避免了受环境温度影响较大而且测量精度较低的缺点；微处理器4利用数字滤波算法，有效地降低了测量过程中振动冲击的影响，抗振动干扰能力强；采用信号转换接口5，可接入其它的设备来配合工作，扩展性好；另外所用的部件由电子器件组装而成，由此而体积小、功耗低。
Claims (4)
1.一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，包括探头(1)，所述的探头(1)是一个顶端封闭、内部中空的柱体，在该中空的柱体侧壁上有第一圆孔(7)、第二圆孔(8)、第三圆孔(10)、第四圆孔(11)，其中第一圆孔(7)和第二圆孔(8)的高度一样，而第三圆孔(10)和第四圆孔(11)的高度一致，第三圆孔(10)与第一软管(12)一端相连，第四圆孔(11)与第二软管(13)一端相连；第一软管(12)的另一端和第二软管(13)的另一端分别和压差传感器(2)的第一通气端口(14)和第二通气端口(15)相连接；压差传感器(2)的时钟输入端口(16)和微处理器(4)的时钟线输入输出I/O端口(19)相连接，压差传感器(2)的数据线通信端口(17)和微处理器(4)的数据线输入输出I/O端口(18)相连接，微处理器(4)的发送输出端口(21)和信号转换接口(5)的接收输入端口(23)相连接，微处理器(4)的接收输入端口(22)和信号转换接口(5)的发送输出端口(24)相连接，微处理器(4)的温度测量输入输出I/O端口(20)和温度传感器(3)的数据线通信端口(9)相连接，温度传感器(3)的感温触头在探头(1)内并靠近第一圆孔(7)和第二圆孔(8)的高度，信号转换接口(5)的发送输出端口(25)和上位机(6)的接收输入端口(27)相连接，信号转换接口(5)的接收输入端口(26)和上位机(6)的发送输入端口(28)相连接。
2.根据权利要求1所说的一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，其特征在于：所述的微处理器(4)包含数字滤波模块，该数字滤波模块采用无限脉冲响应滤波算法对气流压差数字信号ΔP进行滤波处理。
3.根据权利要求1所说的一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，其特征在于：所述的微处理器(4)包含空气密度换算模块，该空气密度换算模块先根据空气温度信号换算出空气密度ρ，再依据横风速计算公式
换算出当前风速值v，其中：ΔP为气流压差数字信号。
4.根据权利要求1所说的一种用于监测横风的风速及风向的数字式横风传感器，其特征在于：所述的压差传感器(2)采用的是微电子芯片。
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