CN105372445B - 固态风传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固态风传感器。该固态风传感器包括：受风圆柱、导风部件和传感器组。其中：导风部件安装于受风圆柱的下部，包括：左侧部分和右侧部分，该左侧部分和右侧部分之间的内侧形成容置空间，传感器组中的各传感器固定于该容置空间内。在受风圆柱的外侧面开设有若干个受风小孔，对应每一受风小孔，在受风圆柱内部和导风部件内部均形成有相应的导风通道，受风小孔感受到的风压通过相应的导风通道传导至传感器组中相应传感器的相应导风管。本发明通过壳体通道传递差压，从而取消了感风部件和差压传感器之间的软管，从而大大减小了差压式固态风传感器的体积，并提高固态风传感器的抗老化能力。

Description

固态风传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种固态风传感器。
背景技术
风速和风向是重要的气象参数，对于人们的日常生活、气象环境、国防航空、工农业生产、交通运输都有重要意义，风速和风向测量仪也因此在很多场合得到了广泛应用。
风速和风向测量原理和相应的测量仪多种多样，其中作为气象观测规范的是机械式风速风向仪，由风杯风速计和风向标组成。风杯风速计中，有三或四个半球形或抛物形空杯，顺一面地均匀分布组成一个旋转结构，在风力作用下其转速和风速成正比，通过记录转速来测量风速。风向标是固定在旋转支架上的形状不对称的物体，受风作用时会顺风转动显示风向。
机械式风速风向仪的技术成熟，应用广泛。但此类装置体积大，使用时占用空间大；组成部件中多种运动和旋转部件易磨损、使用寿命短，高风速下受风部件容易被破坏；受风部件的惯性较大，无法快速响应风速变化。此外，还有诸如热线式风速风向仪、压力式风速风向仪、超声波风速风向仪等，都存在体积较大的缺点。
图1为现有技术固态二维风速测量仪的结构示意图。该固态二维风速测量仪具有无活动部件的优点，解决了现有常用风速测量仪仪体积较大的问题，特别是机械式风速风向仪体积大、易损坏、响应慢的问题。
然而，对于图1所示的固态二维风速测量仪，感风部件与差压传感器通过软管连接，阻碍了风速风向测量仪的体积进一步缩小，同时软管的存在使得风速风向测量仪抗老化的性能降低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种集成化的固态风传感器，以进一步减小风速测量仪的体积，同时尽量避免软管的使用。
(二)技术方案
本发明固态风传感器包括：受风圆柱20、导风部件30和传感器组40。其中：所述导风部件30安装于所述受风圆柱20的下部，包括：左侧部分和右侧部分，该左侧部分和右侧部分之间的内侧形成容置空间，所述传感器组中的各传感器固定于该容置空间内。在所述受风圆柱20的外侧面开设有若干个受风小孔，对应每一受风小孔，在受风圆柱20内部和导风部件30内部均形成有相应的导风通道，受风小孔感受到的风压通过相应的导风通道传导至传感器组40中相应传感器的相应导风管。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明固态风传感器中，通过壳体通道传递差压，从而取消了感风部件和差压传感器之间的软管，从而大大减小了差压式固态风传感器的体积，并提高固态风传感器的抗老化能力。
附图说明
图1为现有技术固态二维风速测量仪的结构示意图；
图2为根据本发明实施例差压式固态风传感器的结构示意图；
图3为图2所示差压式固态风传感器中受风圆柱的示意图；
图4为图2所示差压式固态风传感器中导风部件左侧部分的示意图；
图5为图2所示差压式固态风传感器中一差压传感器的示意图。
【主要元件】
10-风帽；
20-受风圆柱；
21-受风小孔； 22-第一横导风通道；
23-第二横导风通道； 24-纵导风通道；
30-导风部件；
31-上导风孔； 32-侧导风孔；
33-导风通道
40-差压传感器组；
41、42-差压传感器；
41a-导风管； 41b-底座
50-线路板。
具体实施方式
本发明提供了一种感风部件与差压传感器一体化组装的固态风传感器，使得固态二维风速风向测量仪体积大大减小。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种差压式固态风传感器，即其中的传感器为差压传感器。请参照图2，本实施例差压式固态风传感器包括：风帽10、受风圆柱20、导风部件30、传感器组40和线路板50。其中，导风部件30分为左侧部分和右侧部分，该左侧部分和右侧部分之间形成容置空间，传感器组中的各传感器安装于线路板上，置于该容置空间内。在受风圆柱20的外侧面开设有若干个受风小孔，对应每一受风小孔，在受风圆柱20和导风部件30内部均有相应的导风通道，该受风小孔感受到的风压通过相应的导风通道传导至传感器组40中相应传感器的导风管。
以下对本实施例差压式固态风传感器的各个组成部分进行详细说明。
请参照图2，风帽10呈半球状。受风圆柱20呈圆柱状。风帽10与受风圆柱20上下紧密相接，风帽10在上，受风圆柱20在下。
图3为图2所示差压式固态风传感器中受风圆柱的示意图。图3中，A图为受风圆柱的立体图；B图为受风圆柱的主视图；C图为B图受风圆柱沿A-A面的剖视图；D图为B图受风圆柱沿B-B面的剖视图。
请参照图2和图3中A图，本实施例中，受风圆柱20的外侧面开设有8个受风小孔21。该8个受风小孔在受风圆柱20底部的投影为以底部圆心为中心45°等间隔分布。该8个受风小孔分为位于不同水平面上的两层，每层为4个小孔。相邻两个小孔为一组，对应一差压传感器。相邻的两组位于不同的层上，即上层2组小孔相对设置，下层2组小孔相对设置。
应当理解的是，本实施例以4个差压传感器为例进行说明，而在本发明其他实施例中，差压传感器的数目还可以为N个，在这种情况下，受风圆柱外侧面受风小孔的数目应当为2N个，N不小于3。并且，上层和下层受风小孔的数目也并不一定相同，只要两数目均为偶数，且两数目之和等于2N即可。
请参照图3中B图和C图，在受风圆柱20内部的上层，对应上层的4个受风小孔21，具有四条横向的第一横导风通道22，该四条横向的第一横导风通道22将上层4个受风小孔分别连通至受风圆柱的一侧，并通过四条纵向的第一纵导风通道24向下连通至导风部件30的左侧部分。
同样，请参照图3中B图和D图，在受风圆柱20内部的下层，对应下层的4个受风小孔，具有四条横向的第二横导风通道23，该四条横向的第二横导风通道将下层4个受风小孔分别连通至受风圆柱的另一侧，并通过四条纵向的第二纵导风通道24向下连通至导风部件30的右侧部分。
其中，在受风圆柱中，纵导风通道24部分以沟道的形式位于受风圆柱内部，部分以管的形式突出于受风圆柱底部，进而连接至导风部件30的相应部分。
需要注意的是，请参照图3中D图，上述的受风圆柱一侧和受风圆柱另一侧为受风圆柱一条直径的两侧。四条第一横导风通道对应的导风通道和四条第二横导风通道对应的导风通道要相互错开，防止相互干扰。在本发明优选的实施例中，
请参照图2，导风部件30分为对称的左右两部分。其中，左侧部分与四条第一横导风通道对应的导风通道相对应；右侧部分与四条第二横导风通道对应的导风通道相对应。
图4为图2所示差压式固态风传感器中导风部件左侧部分的示意图。图4中，A图为导风部件左侧部分的立体图；B图为导风部件左侧部分的上视图；C图为B图所示导风部件左侧部分沿A-A面的剖视图。
如图4中A图和B图所示，所示，该左侧部分呈横截面为弓形的柱体形状，其上表面开设有与受风圆柱的四条第一纵导风通道分别对应的四个上导风孔31，其内侧平面开设有与该四个上导风孔31对应的四个侧导风孔32。每一个上导风孔31与相应的侧导风孔32通过该左侧部分内部的导风通道33相连通，如图4中C图所示。
需要注意的是，左侧部分内侧平面上部的两个侧导风孔对应至受风圆柱上层的一组受风小孔，下部的两个侧导风孔对应至受风圆柱上层的另一组受风小孔。
关于导风部件30的右侧部分及相应的两个差压传感器，其和左侧部分对称，此处不再详细描述。总之，导风部件30左侧部分和右侧部分共8个上导风孔与受风圆柱20底部8个突出的导风通道一一对应紧密粘合，构成气密的空气通道。
导风部件30的左侧部件之间和右侧部分之间形成一容置空间，PCB板50和固定于其上的差压传感器组40的四个差压传感器被设置于该容置空间内，左右各两个差压传感器。
请参照图5，每一差压传感器包括：两根导风管41a和底座41b。四个差压传感器的底座底部与PCB板50表面焊接，其中两个差压传感器位于PCB板50的左侧，其导风管朝向左侧，与外侧的导风部件左侧部分上相应的导风孔对准；另外两个差压传感器位于PCB板50的右侧，其导风管朝向右侧，与外侧的导风部分右侧部件上相应的导风孔对准。
以左侧为例，两个差压传感器(41、42)的4个导风管13与导风部件左侧部分的4个侧导风孔32一一对应气密粘合，构成气密的空气通道。
关于PCB板、差压传感器以及两者之间的连接，请参照现有技术的相关文献，此处不再对其进行详细说明。
以下介绍本实施例固态风传感器的工作原理：风通过受风圆柱的导风小孔进入，使得风压依次通过受风圆柱中的导风通道、导风管，到达导风部件；后依次通过导风部件中的导风通道、导风沟，道到达出风口；最后传递到差压传感器，通过电路解调四个差压传感器的信号获得风速风向值。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明固态风传感器有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)风帽还可以为扁平状，也可以与圆形风盘配合使用；
(2)导风部件可以用其他可放置在圆柱内的形状来代替；
(3)除了差压式固态风传感器之外，本发明还可以应用于其他类型的风传感器，此处不再一一列举；
(4)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；
(5)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明取消了差压传感器与感风圆柱之间的连接软管，取而代之的是通过壳体内部的导风通道传递差压，可以大大减小固态风传感器的体积，并提高其抗老化能力，具有较好的推广应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固态风传感器，其特征在于，包括：受风圆柱(20)、导风部件(30)和传感器组(40)，其中：
所述导风部件(30)安装于所述受风圆柱(20)的下部，包括：左侧部分和右侧部分，该左侧部分和右侧部分之间的内侧形成容置空间，所述传感器组中的各传感器固定于该容置空间内；
在所述受风圆柱(20)的外侧面开设有若干个受风小孔，对应每一受风小孔，在受风圆柱(20)内部和导风部件(30)内部均形成有相应的导风通道，受风小孔感受到的风压通过相应的导风通道传导至传感器组(40)中相应传感器的相应导风管；
所述左侧部分的上表面开设有N1个上导风孔(31)，其内侧平面开设有对应的N1个侧导风孔(32)，每一个上导风孔与相应的侧导风孔通过该左侧部分内部的导风通道相连通。
2.根据权利要求1所述的固态风传感器，其特征在于，所述传感器组(40)包括N个差压传感器，其中，N≥3；
所述受风圆柱(20)的外侧面开设2N个受风小孔，该2N个受风小孔设置于所述受风圆柱(20)外侧面不同高度的两水平面上，每一差压传感器对应受风圆柱(20)外侧面位于同一水平面上的2个受风小孔。
3.根据权利要求2所述的固态风传感器，其特征在于，所述2N个受风小孔在上平面上的投影为以受风圆柱圆心为中心360°/2N等间隔设置。
4.根据权利要求2所述的固态风传感器，其特征在于：
在受风圆柱(20)内部的上层，对应上层的N1个受风小孔，具有N1条横向的第一横导风通道，该N1条横向的第一横导风通道将上层N1个受风小孔分别连通至受风圆柱的一侧，并通过N1条纵向的第一纵导风通道向下连通至导风部件的左侧部分和右侧部分其中之一；
在受风圆柱(20)内部的下层，对应下层的N2个受风小孔，具有N2条横向的第二横导风通道，该N2条横向的第二横导风通道将下层N2个受风小孔分别连通至受风圆柱的另一侧，并通过N2条纵向的第二纵导风通道向下连通至导风部件的左侧部分和右侧部分其中另一；
其中，N1和N2均为偶数，且N1+N2＝2N。
5.根据权利要求4所述的固态风传感器，其特征在于，所述受风圆柱一侧和受风圆柱另一侧为受风圆柱一条直径的两侧；
所述N1条第一纵导风通道和N2条第二纵导风通道相互错开，且N1条第一纵导风通道排成一排，N2条第二纵导风通道排成一排，两排纵导风通道对称设置。
6.根据权利要求4所述的固态风传感器，其特征在于，对于所述第一纵导风通道和第二纵导风通道，其一部分以沟道的形式位于受风圆柱内部；另一部分以管的形式突出于受风圆柱底部，伸入至导风部件(30)的相应导风通道。
7.根据权利要求4所述的固态风传感器，其特征在于，所述导风部件的左侧部分和右侧部分对称设置；
所述左侧部分呈横截面为弓形的柱体形状，其上表面开设有与受风圆柱的N1条第一纵导风通道分别对应的N1个上导风孔(31)。
8.根据权利要求7所述的固态风传感器，其特征在于，还包括：
固定板，所述N个差压传感器固定于所述的固定板的两侧；
所述固定板和N个差压传感器固定于导风部件的左侧部分和右侧部分之间的内侧形成的容置空间内，每一差压传感器的两导风管朝向外侧，伸入导风部件相应部分的相应侧导风孔中。
9.根据权利要求8所述的固态风传感器，其特征在于，所述N为偶数，在固定板两侧分别焊接N/2个差压传感器；
相对应的，所述受风圆柱(20)外侧面不同高度的两水平面上受风小孔的数目相同，均为N个。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态风传感器，其特征在于，还包括：
风帽(10)，安装于所述受风圆柱的上部，其为半球状或扁平状。
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