CN104950132B - 一种风速风向仪 - Google Patents

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彭琴
李凤英
杨孟
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Abstract

本发明涉及一种风速风向仪，包括风速测量部分和信号处理部分，其中所述的风速测量部分包括外壳和风速测量机构；所述外壳由三个部分组成，分别为进风筒、导风筒、出风筒；所述的风速测量机构包括旋转叶片以及传感器；所述的旋转叶片包括叶片根部以及环形均布在叶片根部四周的叶片本体；相邻两片的叶片本体之间存在进风缝隙，每一片叶片本体上均安装有一个传感器，所述的传感器为霍尔元件；所述的旋转叶片通过叶片根部套接在撑板上的支撑杆的外围，旋转叶片可以做相对于支撑杆的旋转运动；所述的信号处理部分，包括调理电路和运算模块，对霍尔元件传输的电信号进行调理和计算，得到风速风向。

Description

一种风速风向仪
技术领域
本发明涉及一种风速风向仪。
背景技术
风速风向测量技术应用领域十分广泛：如在气象领域，为台风的监测提供准确数据；在民航领域中，为飞机起降提供可靠的风速风向参考；公路桥梁建设中，为其设计与施工提供依据；在新能源领域，尤其是发展前景很好的风力发电领域中，测风技术具有重要的作用。
在大气污染测定中，为测定局部的大气流动，通常使用风向风速仪来测定空气的风向和风速。气象站最为常用的是风杯风速计，它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。因此，在寒冷地区使用上述的风向风速仪，叶片中部的旋转轴存在结冰的可能，因此，时常需要进行除雪或除冰，维修上也比较费工夫等问题点。
发明内容
本申请针旨在提供一种精度较高、稳定性好、成本低廉的风速风向仪。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
包括风速测量部分和信号处理部分，其中所述的风速测量部分包括外壳和风速测量机构；所述外壳由三个部分组成，分别为进风筒、导风筒、出风筒；所述的风速测量机构包括旋转叶片以及传感器；所述的旋转叶片包括叶片根部以及环形均布在叶片根部四周的叶片本体；相邻两片的叶片本体之间存在进风缝隙，每一片叶片本体上均安装有一个传感器，所述的传感器为霍尔元件；所述的旋转叶片通过叶片根部套接在撑板上的支撑杆的外围，旋转叶片可以做相对于支撑杆的旋转运动；所述的信号处理部分，包括调理电路和运算模块，对霍尔元件传输的电信号进行调理和计算，得到风速风向。
所述的进风筒和出风筒均呈柱状设置，所述的导风筒呈锥形设置；所述的导风筒包括上环形端面、下环形端面以及将上环形端面、下环形端面连接的中部锥形壁面，其中，上环形端面的内径大于下环形端面的内径，所述的进风筒与上环形端面连接，且进风筒的内径与上环形端面的内径一致；所述的出风筒与下环形端面连接，且出风筒的内径与下环形端面的内径一致。风速测量机构位于壳体内，因此，可以避免转轴（支撑杆）结冰等现象。
在出风筒的出口部位设置有撑板。
在所述的中部锥形壁面上设置有若干引风件，所述的引风件为沿着中部锥形壁面的内壁轴向设置的切槽或者突筋，所述的切槽或者突筋倾斜设置，且各引风件在部锥形壁面上呈环形均布。
在所述的出风筒的内壁开设螺旋状导风槽，便于风从出风筒中导出，以进行出风筒出口处风流量的测定。导风槽，一方面可以进行导风，另一方面还可以防止户外垃圾（比如杂草、树叶等）进入旋转叶片，造成堵塞，影响测量精度。
所述的叶片本体的数目为三片以上。
所述的叶片本体为四片，对应于东南西北四个方向。
所述的支撑杆为空心状设置，霍尔元件通过信号传输线与信号处理部分连接，信号传输线经过支撑杆的内腔进行布线。
所述的调理电路包括运算放大器和光耦芯片，将传感器输出的毫伏级电压信号放大为MCU控制芯片可接受的信号，且实现电信号的线性隔离。
所述的运算模块由MCU芯片、电源、通信电路组成，首先对输入的电信号进行AD采样，之后对各路数据进行矢量求和运算，从而得到旋转叶片的转速大小和方向，根据旋转叶片的转速大小、方向与风速风向的对应关系，求出风速风向，并可与上位机通信并进行显示。
有益效果：
本发明通过风速风向与转轴的转速之间所存在的对应关系，以计算出风速风向。本申请结构简单，方法可靠，可满足精度较高、稳定性好、成本低廉的要求采用进风筒进风、导风筒导风，风速测量机构位于壳体内，因此，可以避免转轴（支撑杆）结冰等现象。在导风筒内壁开设导风槽，一方面可以进行导风，另一方面还可以防止户外垃圾（比如杂草、树叶等）进入旋转叶片，造成堵塞，影响测量精度。在出风筒开设螺旋状的导风槽，便于风的导出以及流经本申请所述风速风向仪的风流量测定。
附图说明
图1：本发明的风速风向仪的侧视剖视图。
图2：本发明的风速风向仪的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种风速风向仪，包括风速测量部分和信号处理部分，其中所述的风速测量部分包括外壳和风速测量机构2；所述外壳由三个部分组成，分别为进风筒11、导风筒12、出风筒13；所述的进风筒11和出风筒13均呈柱状设置，所述的导风筒12呈锥形设置；所述的导风筒12包括上环形端面、下环形端面以及将上环形端面、下环形端面连接的中部锥形壁面，其中，上环形端面的内径大于下环形端面的内径，所述的进风筒11与上环形端面连接，且进风筒11的内径与上环形端面的内径一致；所述的出风筒13与下环形端面连接，且出风筒13的内径与下环形端面的内径一致；在出风筒的出口部位设置有撑板14；所述的风速测量机构包括旋转叶片22以及传感器23；所述的旋转叶片包括叶片根部以及环形均布在叶片根部四周的叶片本体；相邻两片的叶片本体之间存在进风缝隙21，每一片叶片本体上均安装有一个传感器23，所述的传感器23为霍尔元件；所述的旋转叶片22通过叶片根部套接在撑板14上的支撑杆3的外围，旋转叶片可以做相对于支撑杆3的旋转运动；所述的信号处理部分，包括调理电路和运算模块，对霍尔元件传输的电信号进行调理和计算，得到风速风向。
在出风筒的出口部位设置有撑板14。
在所述的中部锥形壁面上设置有若干引风件121，所述的引风件为沿着中部锥形壁面的内壁轴向设置的切槽或者突筋，所述的切槽或者突筋倾斜设置，且各引风件121在部锥形壁面上呈环形均布。
在所述的出风筒的内壁开设螺旋状导风槽131，便于风从出风筒中导出，以进行出风筒出口处风流量的测定。
所述的叶片本体的数目为三片以上。
所述的叶片本体为四片，对应于东南西北四个方向。
所述的支撑杆3为空心状设置，霍尔元件通过信号传输线与信号处理部分连接，信号传输线经过支撑杆3的内腔进行布线。
所述的调理电路包括运算放大器和光耦芯片，将传感器输出的毫伏级电压信号放大为MCU控制芯片可接受的信号，且实现电信号的线性隔离。
所述的运算模块由MCU芯片、电源、通信电路组成，首先对输入的电信号进行AD采样，之后对各路数据进行矢量求和运算，从而得到旋转叶片22的转速大小和方向，根据旋转叶片22的转速大小、方向与风速风向的对应关系，求出风速风向，并可与上位机通信并进行显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风速风向仪，其特征在于：包括风速测量部分和信号处理部分，其中所述的风速测量部分包括外壳和风速测量机构；所述的风速测量机构包括旋转叶片以及传感器；所述的旋转叶片包括叶片根部以及环形均布在叶片根部四周的叶片本体；相邻两片的叶片本体之间存在进风缝隙，每一片叶片本体上均安装有一个传感器，所述的传感器为霍尔元件；所述的旋转叶片通过叶片根部套接在撑板上的支撑杆的外围，旋转叶片可以做相对于支撑杆的旋转运动；所述的信号处理部分，包括调理电路和运算模块，对霍尔元件传输的电信号进行调理和计算，得到风速风向；
所述外壳由三个部分组成，分别为进风筒、导风筒、出风筒；所述的进风筒和出风筒均呈柱状设置，所述的导风筒呈锥形设置；所述的导风筒包括上环形端面、下环形端面以及将上环形端面、下环形端面连接的中部锥形壁面，其中，上环形端面的内径大于下环形端面的内径，所述的进风筒与上环形端面连接，且进风筒的内径与上环形端面的内径一致；所述的出风筒与下环形端面连接，且出风筒的内径与下环形端面的内径一致；
在出风筒的出口部位设置有撑板；
在所述的中部锥形壁面上设置有若干引风件，所述的引风件为沿着中部锥形壁面的内壁轴向设置的切槽或者突筋，所述的切槽或者突筋倾斜设置，且各引风件在部锥形壁面上呈环形均布；
在所述的出风筒的内壁开设螺旋状导风槽，便于风从出风筒中导出，以进行出风筒出口处风流量的测定。
2.如权利要求1所述的风速风向仪，其特征在于：所述的叶片本体的数目为三片以上。
3.如权利要求1所述的风速风向仪，其特征在于：所述的叶片本体为四片，对应于东南西北四个方向。
4.如权利要求1所述的风速风向仪，其特征在于：所述的支撑杆为空心状设置，霍尔元件通过信号传输线与信号处理部分连接，信号传输线经过支撑杆的内腔进行布线。
5.如权利要求1所述的风速风向仪，其特征在于：所述的调理电路包括运算放大器和光耦芯片，将传感器输出的毫伏级电压信号放大为MCU控制芯片可接受的信号，且实现电信号的线性隔离。
6.如权利要求1所述的风速风向仪，其特征在于：所述的运算模块由MCU芯片、电源、通信电路组成，首先对输入的电信号进行AD采样，之后对各路数据进行矢量求和运算，从而得到旋转叶片的转速大小和方向，根据旋转叶片的转速大小、方向与风速风向的对应关系，求出风速风向，并可与上位机通信并进行显示。
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