CN105242065B - 一种测量风速和风向的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量风速和风向的装置，包括显示器、探测板、弹性支撑件、位移传感器、平方根运算器、直角坐标系矢量合成器和支架，探测板固定在支架上，包括4个分离的探测板A、探测板B、探测板C和探测板D，弹性支撑件连接探测板的内侧面与支架所述位移传感器固定在探测板的内侧面与支架之间，平方根运算器的输入端与位移传感器的输出端相连，直角坐标系矢量合成器的输入端与平方根运算器的输出端相连，直角坐标系矢量合成器的输出端与显示器的输入端相连。本发明可用于多种环境的空气流动参数测量，测量过程不受环境温度与气流热传导特性影响，适用于船舶在江、河、湖、海航行全天候风速和风向连续监测。

Description

一种测量风速和风向的装置

技术领域

本发明属于检测设备领域，具体涉及一种测量气体流动速度与方向的装置。

背景技术

目前测量气体流动速度多采用散热法，其原理基于发热元件本身温度与待测气体流速的相关关系，当发热元件本身加热功率恒定时，气体流速愈高，发热元件温度愈低，通过发热元件温度变化获取气体流速信息，典型方案之一，如US4,888,987所述。

这种装置通过发热元件所在环境介质导热系数变化，测量气体流动速度，反应快，流速测量范围宽，没有运动部件，适于不含液相介质的干燥气流速度测量。当气流中含有液体介质（例如含有水）时，此类测量装置不能应用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种测量风速和风向的装置，该装置既可测量干燥气流的速度与方向，亦可测量含液体介质气流的速度与方向。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种测量风速和风向的装置，包括显示器、探测板、弹性支撑件、位移传感器、平方根运算器、直角坐标系矢量合成器和支架，所述探测板固定在支架上，包括4个分离的探测板A、探测板B、探测板C和探测板D，探测板B、探测板C、探测板D的外侧面法线方向与探测板A的外侧面法线方向之间夹角分别为90°±5°、180°±5°、270°±5°，所述弹性支撑件包括分别连接探测板A、探测板B、探测板C、探测板D的内侧面与支架的弹性支撑件A、弹性支撑件B、弹性支撑件C和弹性支撑件D，所述位移传感器包括分别固定在探测板A、探测板B、探测板C、探测板D的内侧面与支架之间的位移传感器A、位移传感器B、位移传感器C和位移传感器D，所述平方根运算器包括平方根运算器A、平方根运算器B、平方根运算器C和平方根运算器D，平方根运算器A、平方根运算器B、平方根运算器C、平方根运算器D的输入端分别与位移传感器A、位移传感器B、位移传感器C、位移传感器D的输出端相连，所述直角坐标系矢量合成器的4个输入端分别与平方根运算器A、平方根运算器B、平方根运算器C、平方根运算器D的输出端相连，直角坐标系矢量合成器的输出端与显示器的输入端相连。

作为优选方案：所述探测板的外侧面为平面，外侧面积在1—1000平方厘米之间，厚度在0.05—3厘米之间。

作为优选方案：探测板A、探测板B、探测板C、探测板D的外侧面中心点在同一平面上，探测板A、探测板C的外侧面平行，探测板B、探测板D的外侧面平行，探测板A、探测板B的外侧面垂直。

作为优选方案：位移传感器A、位移传感器B、位移传感器C、位移传感器D 分别为差动变压器A、差动变压器B、差动变压器C、差动变压器D。

作为优选方案：弹性支撑件A、弹性支撑件B、弹性支撑件C、弹性支撑件D为波纹管A、波纹管B、波纹管C、波纹管D，差动变压器A、差动变压器B、差动变压器C、差动变压器D分别安装在波纹管A、波纹管B、波纹管C、波纹管D的内部。

作为优选方案：探测板A、探测板B、探测板C、探测板D安装在十字形圆柱面的外罩内，构成外罩的两个相互垂直的圆柱面外罩轴线分别与测板A、探测板C和探测板B、探测板D的外侧面法线方向平行。

作为优选方案：所述的十字形圆柱面的外罩的4个端口分别装有隔离网A、隔离网B、隔离网C、隔离网D，其网丝直径在0.02—0.2厘米之间，单个网孔面积在0.01—1平方厘米之间。

作为优选方案：探测板A、探测板B、探测板C、探测板D置于一个柱形网罩内，柱形网罩的网丝直径在0.02—0.5厘米之间，单个网孔面积在0.01—2平方厘米之间。探测板和丝网尺寸的范围限定，是为了保证足够的强度，又能实现与气流的有效耦合，消除测量过程中介质边缘效应造成的影响。

作为优选方案：所述的直角坐标系矢量合成器由分量平方和运算电路、平方根运算电路和反正切运算电路构成。

与现有技术方案相比，其有益效果是：本发明直接通过4个互相垂直的探测板检测气流在直角坐标系中的独立矢量，不存在维间耦合，具有很高的响应速度。本发明结构简单，性能稳定，动态跨度大，测量过程不受环境温度与气流热传导特性影响，无惯性，可用于多种环境的空气流动参数测量，尤其适用于船舶在江、河、湖、海航行全天候风速和风向连续监测，为船舶在风雨中安全航行提供必要的技术保障。

附图说明

图1是本发明的传感器系统配置示意图。

图2是本发明的测量装置电路框图。

图3是本发明的探测板安装位置示意图。

图4是本发明的探测板与差动变压器连接方式示意图。

图5是本发明以波纹管作弹性支撑元件的传感系统配置示意图。

图6是本发明的十字形圆柱面外罩示意图。

图7是本发明的柱形网罩示意图。

图8是本发明的合成速度矢量的运算器电路框图。

图9是本发明的端部有隔离网的十字形圆柱面外罩示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1-图9所示的一种测量风速和风向的装置，包括显示器19、探测板、弹性支撑件、位移传感器、平方根运算器、直角坐标系矢量合成器和支架13，所述探测板固定在支架13上，包括4个分离的探测板A1、探测板B2、探测板C3和探测板D4，探测板B2、探测板C3、探测板D4的外侧面法线方向与探测板A1的外侧面法线方向之间夹角分别为90°±5°、180°±5°、270°±5°，所述弹性支撑件包括分别连接探测板A1、探测板B2、探测板C3、探测板D4的内侧面与支架13的弹性支撑件A5、弹性支撑件B6、弹性支撑件C7和弹性支撑件D8，所述位移传感器包括分别固定在探测板A1、探测板B2、探测板C3、探测板D4的内侧面与支架13之间的位移传感器A9 、位移传感器B10 、位移传感器C11和位移传感器D12，所述平方根运算器包括平方根运算器A14、平方根运算器B15、平方根运算器C16和平方根运算器D17，平方根运算器A14、平方根运算器B15、平方根运算器C16、平方根运算器D17的输入端分别与位移传感器A9、位移传感器B10、位移传感器C11、位移传感器D12的输出端相连，所述直角坐标系矢量合成器18的4个输入端分别与平方根运算器A14、平方根运算器B15、平方根运算器C16、平方根运算器D17的输出端相连，直角坐标系矢量合成器18的输出端与显示器19的输入端相连。

探测板A1、探测板B2、探测板C3、探测板D4的外侧面中心点在同一平面上，探测板A1、探测板C3的外侧面平行，探测板B2、探测板D4的外侧面平行，探测板A1、探测板B2的外侧面垂直。位移传感器A9、位移传感器B10、位移传感器C11、位移传感器D12分别为差动变压器A20、差动变压器B21、差动变压器C22、差动变压器D23。

弹性支撑件A5、弹性支撑件B6、弹性支撑件C7、弹性支撑件D8为波纹管A24、波纹管B25、波纹管C26、波纹管D27，差动变压器A20、差动变压器B21、差动变压器C22、差动变压器D23分别安装在波纹管A24、波纹管B25、波纹管C26、波纹管D27的内部。

探测板A1、探测板B2、探测板C3、探测板D4安装在十字形圆柱面的外罩28内，构成外罩28的两个相互垂直的圆柱面外罩轴线分别与测板A1、探测板C3和探测板B2、探测板D4的外侧面法线方向平行。

所述的十字形圆柱面的外罩28的4个端口分别装有隔离网A33、隔离网B34、隔离网C35、隔离网D36，其网丝直径在0.02—0.2厘米之间，单个网孔面积在0.01—1平方厘米之间。探测板A1、探测板B2、探测板C3、探测板D4置于一个柱形网罩29内，柱形网罩29 的网丝直径在0.02—0.5厘米之间，单个网孔面积在0.01—2平方厘米之间。所述探测板的外侧面为平面，外侧面积在1—1000平方厘米之间，厚度在0.05—3厘米之间。

所述的直角坐标系矢量合成器18由分量平方和运算电路30、平方根运算电路31和反正切运算电路32构成。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种测量风速和风向的装置，其特征在于：包括显示器（19）、探测板、弹性支撑件、位移传感器、平方根运算器、直角坐标系矢量合成器和支架(13)，所述探测板固定在支架(13)上，包括4个分离的探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）和探测板D（4），探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）的外侧面法线方向与探测板A（1）的外侧面法线方向之间夹角分别为90°±5°、180°±5°、270°±5°，所述弹性支撑件包括分别连接探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）的内侧面与支架（13）的弹性支撑件A (5)、弹性支撑件B (6)、弹性支撑件C (7)和弹性支撑件D (8)，所述位移传感器包括分别固定在探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）的内侧面与支架（13）之间的位移传感器A(9) 、位移传感器B(10)、位移传感器C(11)和位移传感器D (12)，所述平方根运算器包括平方根运算器A(14)、平方根运算器B(15)、平方根运算器C(16)和平方根运算器D (17)，平方根运算器A(14)、平方根运算器B(15)、平方根运算器C(16)、平方根运算器D (17)的输入端分别与位移传感器A(9)、位移传感器B(10) 、位移传感器C(11)、位移传感器D (12)的输出端相连，所述直角坐标系矢量合成器(18)的4个输入端分别与平方根运算器A(14)、平方根运算器B(15)、平方根运算器C(16)、平方根运算器D (17)的输出端相连，直角坐标系矢量合成器(18)的输出端与显示器(19)的输入端相连，位移传感器A(9) 、位移传感器B(10) 、位移传感器C(11)、位移传感器D (12)分别为差动变压器A(20) 、差动变压器B(21) 、差动变压器C(22) 、差动变压器D（23），弹性支撑件A (5)、弹性支撑件B (6)、弹性支撑件C (7)、弹性支撑件D (8)为波纹管A(24)、波纹管B(25)、波纹管C(26)、波纹管D(27)，差动变压器A(20) 、差动变压器B(21) 、差动变压器C(22) 、差动变压器D（23）分别安装在波纹管A(24)、波纹管B(25)、波纹管C(26)、波纹管D(27)的内部。

2.根据权利要求1所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：所述探测板的外侧面为平面，外侧面积在1—1000平方厘米之间，厚度在0.05—3厘米之间。

3.根据权利要求1所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）的外侧面中心点在同一平面上，探测板A（1）、探测板C（3）的外侧面平行，探测板B（2）、探测板D（4）的外侧面平行，探测板A（1）、探测板B（2）的外侧面垂直。

4.根据权利要求1所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）安装在十字形圆柱面的外罩(28)内，构成外罩(28)的两个相互垂直的圆柱面外罩轴线分别与探 测板A（1）、探测板C（3）和探测板B（2）、探测板D（4）的外侧面法线方向平行。

5.根据权利要求4所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：所述的十字形圆柱面的外罩(28)的4个端口分别装有隔离网A(33)、隔离网B(34)、隔离网C(35)、隔离网D（36），其网丝直径在0.02—0.2厘米之间，单个网孔面积在0.01—1平方厘米之间。

6.根据权利要求1所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：探测板A（1）、探测板B（2）、探测板C（3）、探测板D（4）置于一个柱形网罩(29)内，柱形网罩(29) 的网丝直径在0.02—0.5厘米之间，单个网孔面积在0.01—2平方厘米之间。

7.根据权利要求1所述的一种测量风速和风向的装置，其特征在于：所述的直角坐标系矢量合成器(18)由分量平方和运算电路(30)、平方根运算电路（31）和反正切运算电路（32）构成。