CN102109533B

CN102109533B - 一种风速风向测量装置

Info

Publication number: CN102109533B
Application number: CN 201110055730
Authority: CN
Inventors: 秦明; 匡蕾; 顾飞
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: CN102109533A

Abstract

一种风速风向测量装置，包括底座（5），设置于底座（5）上的磁场传感器，设置于底座（5）上方的风敏杆（7），所述风敏杆（7）一端设置有永磁材料（6），另一端设置有固定端并固定在上圆盘（9）中心处；所述磁场传感器至少为三个，相邻两磁场传感器的连线组成等边形，所述的永磁材料（6）与各磁场传感器等距设置。本发明具有灵敏度高、系统体积小、结构简单、安装使用方便的优点。

Description

一种风速风向测量装置

技术领域

本发明涉及一种风速风向测量装置。

背景技术

当今众多领域都涉及到风速及风向的测量，比如工业应用、环境监控和室内空气调节等。风速传感器是实现风速风向测量的关键器件。传统的测风器件是机械式风杯和风向标，但传统的机械式风速传感器结构较大，而且容易受雨雪冰冻等影响，需要不断维护。新型风速传感器如超声波风速传感器,热式风速传感器等，具有机械风速计不可比拟的优点。但典型的超声风速传感器由于发射和探测接收头位置固定，结构相对较大。热式风速传感器的主要问题是容易受环境温度和湿度的影响，而且功耗偏大。近几年来开发的基于MEMS（微机械加工）技术的热膜式风速传感器虽然器件尺寸很小，但也存在测量范围小，安装要求苛刻等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度高、系统体积小、结构简单、安装使用方便的风速风向测量系统信号采集装置。

本发明的技术方案为：一种风速风向测量装置，其特征在于，包括底座，设置于底座上的磁场传感器和支架，垂直设置于底座上方的风敏杆，所述风敏杆一端设置有永磁材料，另一端为固定端并固定在所述支架上；所述磁场传感器至少为三个，相邻两磁场传感器的连线组成等边形，所述的永磁材料与各磁场传感器等距设置。

作为本发明的一种改进，所述的磁场传感器为四个。

作为本发明的一种改进，所述磁场传感器与所述永磁材料的距离在1mm至30mm之间，两相对的磁场传感器之间的距离在16mm至50mm之间。

本发明所述风敏杆为长度在10mm到30mm之间，直径在2mm到3mm之间的弹性杆。所述弹性杆为弹性良好的材料，例如橡胶材料制成的圆柱体。

本发明是一种基于磁场检测的风速风向测量装置，其中风敏杆的固定端设置在支架上，无风的情况下，垂直于底座的风敏杆不发生摆动，永磁材料与磁场传感器的相对位置不变。当风敏杆在风的作用下摆动时，固定于其上的永磁材料的位置也发生变动，这样，永磁材料到四个磁场传感器的距离便会改变，磁场传感器接收到的信号强弱也会发生变化。通过对各个磁场传感器信号强弱的测量，再经过信号放大电路放大后通过模拟数字转换送给计算机或微控制器，计算机或微控制器计算出平面上x方向和y方向的各自的两个磁场传感器的信号差Vx=V1-V3和Vy=V2-V4，其中V1,V2,V3,V4分别为磁场传感器1，2，3，4经放大后的输出信号。再利用三角函数关系tanθ=Vx/Vy计算出风向，利用(Vx)2+(Vy)2计算并给出风速的大小并输出结果。

本发明利用简单的立体几何的相关知识，只采用了设置有永磁材料的风敏杆和四个磁场传感器就达到了既能测量风速又能测量风向的目的，将机械弹性风敏杆结构和磁感应传感器有机地结合在一起，提高了测量灵敏度。与传统的超声风速传感器系统相比，结构简单，体积小，与热风速传感器相比，不存在温度漂移等问题，使用和安装方便。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。图中，1、2、3、4为磁场传感器，5为底座，6为永磁材料，7为风敏杆，8为固定端，9为上圆盘，10为支撑杆。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。

实施例1：如图所示，该风速风向测量装置由磁场传感器1，2，3，4，底座5，永磁材料6，风敏杆7，固定端8，上圆盘9和支撑杆10组成，其中四个磁场传感器1，2，3，4用于接收永磁材料6发出的磁场，底座5用于固定四个磁场传感器。具体制造过程如下：首先在直径为60mm的圆盘状底座5上以中心为圆心，直径为16mm的圆周上等距放置4个磁场传感器1，2，3，4，然后在上述底座上以中心为圆心，直径为55mm的圆周上均匀安装8根细支撑杆10，在杆上支撑和底座5同样直径的上圆盘9，在该圆盘中心下方安装一垂直下垂的风敏杆7。风敏杆为长度为10mm，直径为2mm的橡胶弹性材料；风敏杆的下端嵌入一永磁材料6，该永磁材料和磁场传感器1，2，3，4的静态距离为10mm。

无风的情况下，风敏杆不发生摆动，在俯视图上永磁材料应该位于四个磁场传感器形成的正方形的中心点；在有风的情况下，风敏杆7在风的作用下发生摆动，其摆动的幅度和方向可反映风速和风向，其摆动的幅度和方向可由四个磁场传感器接收到永磁材料的磁场强弱唯一确定。通过信号处理电路接收四个传感器的信号并进行处理就可获得风速和风向信息。

实施例2：和实施1同样的结构，其不同处在于4个磁场传感器1，2，3，4等距放置在直径为50mm的圆周上，风敏杆末端的永磁材料和4个磁场传感器的距离都为30mm，风敏杆为长度为30mm，直径为3mm的橡胶弹性材料。实施例3：和实施1同样的结构，其不同处在于4个磁场传感器1，2，3，4等距放置在直径为36mm的圆周上，风敏杆末端的永磁材料和4个磁场传感器的距离都为20mm，风敏杆为长度为15mm，直径为2mm的橡胶弹性材料。

Claims

1.一种风速风向测量装置，其特征在于，包括底座（5），设置于底座（5）上的磁场传感器和支架，垂直设置于底座（5）上方的风敏杆（7），所述支架包括支撑杆（10）和上圆盘（9），多根所述支撑杆（10）均匀安装在以底座（5）的中心为圆心的圆周上，所述上圆盘（9）由多根支撑杆（10）支撑，垂直下垂的风敏杆（7）一端设置有永磁材料（6），另一端为固定端并固定在上圆盘（9）中心下方；所述磁场传感器至少为三个，相邻两磁场传感器的连线组成等边形，所述的永磁材料（6）与各磁场传感器等距设置。

2.根据权利要求1所述的一种风速风向测量装置，其特征在于，所述的磁场传感器为四个。

3.根据权利要求2所述的一种风速风向测量装置，其特征在于，所述磁场传感器与所述永磁材料的距离在10mm至30mm之间，两相对的磁场传感器之间的距离在16mm至50mm之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种风速风向测量装置，其特征在于，所述风敏杆为长度在10mm到30mm之间，直径在2mm到3mm之间的弹性杆。

5.根据权利要求4所述的一种风速风向测量装置，其特征在于，所述弹性杆为弹性良好的橡胶材料制成的圆柱体。